Номер 6, страница 146, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 10. Электромагнитная природа света. Параграф 96. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 6, страница 146.

Условие.

• Поляризационные фильтры.

Решение.

Поляризационные фильтры.

Поляризационный фильтр (или поляризатор) — это оптическое устройство, которое преобразует электромагнитное излучение (например, видимый свет) с произвольной поляризацией в излучение с заданной поляризацией.

Чтобы понять принцип его работы, нужно вспомнить, что свет — это поперечная электромагнитная волна. Это означает, что векторы напряженности электрического ($\text{E}$) и магнитного ($\text{B}$) полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Естественный свет (например, от Солнца или лампы накаливания) является неполяризованным, то есть векторы напряженности электрического поля в нем колеблются хаотично во всех возможных направлениях в плоскости, перпендикулярной лучу света.

Поляризационный фильтр действует как своего рода "решетка" для световых волн. Он пропускает только те колебания электрического поля, которые лежат в одной определенной плоскости (плоскости поляризации), и поглощает или отражает колебания во всех остальных плоскостях. На выходе из фильтра свет становится плоскополяризованным.

Существует несколько типов поляризационных фильтров, основанных на разных физических явлениях:

1. Дихроичные поляризаторы: Наиболее распространенный тип, к которому относятся полимерные пленки (например, поляроид). Они содержат длинные молекулы, ориентированные в одном направлении. Эти молекулы эффективно поглощают свет, поляризованный параллельно их осям, и пропускают свет, поляризованный перпендикулярно. Ось, вдоль которой пропускается свет, называется осью пропускания поляризатора.

2. Поляризаторы, использующие отражение: При отражении света от диэлектрической поверхности (например, стекла или воды) под определенным углом, называемым углом Брюстера, отраженный луч становится полностью поляризованным в плоскости, параллельной поверхности. Этот эффект используется для уменьшения бликов.

3. Поляризаторы на основе двойного лучепреломления: Некоторые кристаллы (например, исландский шпат) обладают свойством двойного лучепреломления: падающий на них луч света разделяется на два, которые поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Специальные призмы (например, призма Николя) сконструированы так, чтобы один из этих лучей отсеивался, а наружу выходил только один, полностью поляризованный луч.

Интенсивность света после прохождения через поляризаторы описывается законом Малюса. Если на идеальный поляризатор падает неполяризованный свет с интенсивностью $I_{непол}$, то интенсивность прошедшего света $I_0$ будет равна половине начальной: $I_0 = \frac{1}{2} I_{непол}$.

Если же на второй поляризатор (называемый анализатором), ось которого повернута на угол $\theta$ относительно оси первого поляризатора, падает уже поляризованный свет с интенсивностью $I_0$, то интенсивность света $\text{I}$, прошедшего через анализатор, определяется формулой:

$I = I_0 \cos^2 \theta$

Из формулы видно, что если оси поляризатора и анализатора параллельны ($\theta = 0^\circ$), то интенсивность максимальна ($I = I_0$). Если оси скрещены ($\theta = 90^\circ$), то свет через анализатор не проходит ($I = 0$).

Применение поляризационных фильтров:

• Фотография: для устранения бликов от воды и стеклянных поверхностей, а также для придания большей контрастности и насыщенности небу.

• Солнцезащитные очки: для уменьшения слепящих бликов от горизонтальных поверхностей (дорога, вода, снег), что повышает комфорт и безопасность.

• Жидкокристаллические дисплеи (LCD): в экранах мониторов, телевизоров, калькуляторов. Изображение формируется путем управления поляризацией света, проходящего через слой жидких кристаллов, расположенный между двумя поляризационными фильтрами.

• 3D-кинотеатры: в некоторых технологиях (например, RealD 3D) используются фильтры с круговой поляризацией для разделения изображений для левого и правого глаза.

• Наука и техника: в поляризационных микроскопах для исследования структуры кристаллов и биологических образцов, в сахариметрах для определения концентрации сахара в растворе по углу вращения плоскости поляризации.

Ответ: Поляризационные фильтры — это оптические устройства, которые пропускают световые волны с колебаниями электрического поля только в одной определенной плоскости, превращая неполяризованный свет в поляризованный. Их действие основано на таких явлениях, как дихроизм, поляризация при отражении или двойное лучепреломление. Интенсивность света, прошедшего через два поляризатора, описывается законом Малюса: $I = I_0 \cos^2 \theta$. Поляризаторы широко применяются в солнцезащитных очках, фотографической технике, жидкокристаллических экранах, 3D-кино и научных приборах.