Номер 2, страница 93 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Почему интенсивность света при вращении поляризатора не меняется?

2. Интенсивность света при вращении поляризатора не меняется в том случае, если на него падает естественный (неполяризованный) свет. Это явление объясняется особенностями строения неполяризованного света и принципом работы поляризатора.

Естественный свет, излучаемый, например, солнцем или лампой накаливания, представляет собой электромагнитную волну. В такой волне колебания вектора напряженности электрического поля $\vec{E}$ происходят в самых разных направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света. Можно представить естественный свет как совокупность огромного числа волн, плоскости поляризации которых распределены хаотично и равновероятно по всем направлениям. Из-за этого неполяризованный свет обладает полной симметрией относительно оси своего распространения — в нем нет никакого выделенного, предпочтительного направления колебаний.

Поляризатор — это оптический фильтр, который пропускает световые колебания только в одной определенной плоскости, которая называется осью или плоскостью пропускания поляризатора. Колебания, перпендикулярные этой оси, поглощаются или отражаются.

Когда неполяризованный свет проходит через поляризатор, из всего хаотичного набора колебаний "вырезается" только та составляющая, которая параллельна оси пропускания поляризатора. Поскольку в падающем свете все направления колебаний равноправны, то как бы мы ни вращали поляризатор, его ось пропускания всегда будет "видеть" одинаковую усредненную картину. Для любого угла поворота поляризатора доля световой энергии, которая сможет пройти через него, останется неизменной.

Математически интенсивность света $\text{I}$, прошедшего через поляризатор, связана с интенсивностью падающего на него естественного света $I_0$ следующим соотношением: $I = \frac{1}{2}I_0$ Этот коэффициент $\frac{1}{2}$ возникает из-за усреднения по всем возможным углам между вектором $\vec{E}$ падающих волн и осью поляризатора. Так как интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, а пропускается только проекция, результат усреднения (среднее значение $\cos^2\alpha$) дает $\frac{1}{2}$. Этот результат не зависит от конкретного направления оси поляризатора.

Таким образом, при вращении поляризатора в пучке естественного света интенсивность света за ним остается постоянной, потому что из-за симметрии падающего излучения все ориентации поляризатора являются эквивалентными.

Ответ: Интенсивность света при вращении поляризатора не меняется, если на него падает неполяризованный (естественный) свет. Это происходит потому, что в таком свете колебания электрического вектора происходят во всех возможных направлениях с одинаковой вероятностью. Из-за этой симметрии любое положение оси пропускания поляризатора является равноправным, и через него всегда проходит одна и та же доля энергии падающего света (половина), независимо от угла поворота.