Номер 8.86, страница 191 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 8. Волновая оптика. Поляризация света - номер 8.86, страница 191.

Условие.

8.86. Объясните, как можно использовать поляроиды для защиты глаз шофёра от слепящего действия фар встречных машин (рис. 8.16).

Рис. 8.16

Решение.

Для защиты глаз водителя от ослепляющего света фар встречных автомобилей можно использовать явление поляризации света. Суть метода заключается в том, чтобы оснастить все автомобили системой из двух поляризационных фильтров (поляроидов) с взаимно перпендикулярными осями пропускания.

Решение

Для реализации этого метода необходимо выполнить два условия:

1. На фары каждого автомобиля устанавливается первый поляризационный фильтр (поляризатор). Очень важно, чтобы оси пропускания этих фильтров на всех без исключения автомобилях были ориентированы одинаково. Например, под углом $45^\circ$ к вертикальной оси. После прохождения через такой фильтр свет от фар становится линейно поляризованным.

2. На лобовое стекло каждого автомобиля (или в специальные очки водителя) устанавливается второй поляризационный фильтр (анализатор). Его ось пропускания должна быть ориентирована перпендикулярно оси пропускания поляризатора на фарах. В нашем примере, если ось на фарах ориентирована под углом $45^\circ$ к вертикали, то ось на лобовом стекле должна быть ориентирована под углом $135^\circ$ (или $-45^\circ$) к вертикали. Таким образом, оси поляризатора и анализатора оказываются скрещенными.

Когда два таких автомобиля движутся навстречу друг другу, поляризованный свет от фар встречной машины падает на лобовое стекло водителя. Угол $\theta$ между плоскостью поляризации падающего света и осью пропускания анализатора (лобового стекла) составляет $135^\circ - 45^\circ = 90^\circ$.

Согласно закону Малюса, интенсивность света $\text{I}$, прошедшего через анализатор, определяется формулой:

$I = I_0 \cos^2 \theta$

где $I_0$ — интенсивность падающего на анализатор поляризованного света. Поскольку в данном случае угол $\theta = 90^\circ$, а $\cos(90^\circ) = 0$, интенсивность прошедшего света $\text{I}$ будет равна нулю. Это означает, что слепящий свет фар встречного автомобиля будет полностью заблокирован, и водитель не будет ослеплён.

При этом водитель сохранит возможность видеть дорогу, освещённую его собственными фарами. Свет от его фар (поляризованный под углом $45^\circ$) отражается от дорожного полотна и объектов на нём. В процессе диффузного отражения от неровной поверхности дороги свет в значительной мере деполяризуется, то есть снова становится естественным (неполяризованным). Этот отражённый свет, попадая на лобовое стекло (анализатор), проходит через него примерно на 50%, чего достаточно для хорошей видимостти. Таким образом, система защищает от ослепления, не мешая обзору дороги.

Ответ:
Необходимо установить на фары всех автомобилей поляроиды с одинаково ориентированной осью пропускания (например, под углом $45^\circ$ к вертикали), а на лобовые стёкла — поляроиды с осью пропускания, перпендикулярной оси поляроидов на фарах (в данном примере, под углом $135^\circ$ к вертикали). В этом случае, согласно закону Малюса, поляроид на лобовом стекле будет полностью гасить поляризованный свет фар встречных машин, так как угол между осями поляризации составит $90^\circ$.