Polarizacija svjetla: njegova bit i uloga u prirodi

Mnogi ljudi smatraju polarizaciju svjetlosti fenomenalnom pojavom koja je rasprostranjena i korištena u tehnologiji i gotovo se nikada ne događa u svakodnevnom životu. Zapravo, ta tvrdnja nije posve točna, što je dokazano u članku nizozemskog fizičara G. Kennena.

Opći koncept

S znanstvenog stajališta, polarizacija svjetla je orijentacija u prostoru svjetlosnih oscilacija koje su okomite na smjer kretanja vala. Svjetlosni snop sastoji se od skupa jednostavnih elemenata koji se nazivaju kvanti. Smjer njihovih fluktuacija može biti vrlo raznolik. U slučaju kada se kvanti razlikuju u identičnoj orijentaciji, svjetlosni se tok naziva polariziran. Ovisno o udjelu takvih čestica u danom zračenju, stupanj polarizacije se mijenja.

filteri

Postoji niz filtera koji mogu prenositi samo zrake s određenom orijentacijom. Ako pogledate kroz njih na polariziranom svjetlosni tok i istodobno rotirati, svjetlina će se promijeniti. U slučaju kada će se polarizacija svjetla podudarati s smjerom prijenosa, ona će postati maksimalna, a uz punu razliku - minimalna. Takve filtere možete kupiti u redovitim trgovinama specijaliziranim za prodaju fotografske opreme. Kada ih pogledate na vedro nebo, pod uvjetom da je Sunce sa strane, u određenom trenutku tijekom skretanja vidjet ćete traku crne boje. To je dokaz da su svjetlosni valovi koji izviru iz ovog dijela neba polarizirani.

Gaidinger-ova figura

U jednom trenutku, poznati fizičar iz SSSR-a S. I. Vavilov proveo istraživanje, rezultati koje je unaprijedio zanimljivu teoriju. Prema njezinim riječima, polarizacija svjetla vidljiva je bez ikakvih pomagala za približno svaku četvrtu osobu na planeti. Štoviše, većina tih ljudi nije ni svjesna prisutnosti takve osobine u vlastitoj viziji. Gledajući isto plavo nebo u središtu njihovog vidnog polja, pojavljuje se jedva primjetna žuta pruga s blago zaobljenim krajevima. U sredini i na rubovima su također blijedo plave mrlje. Kada okrenete ravninu polarizacije, traka se također rotira, jer je u odnosu na smjer svjetlosnih oscilacija uvijek okomita. U znanosti je ovaj fenomen poznat kao Gaidingerova figura. Ime je dobio po njemačkom fizičaru koji ga je otkrio 1845. Ako to ikada primijetite, može se razviti mogućnost da vidite ovo mjesto. Valja napomenuti da se pri uporabi plavog ili zelenog svjetlosnog filtra jasno vidi lik Gaidingera.

Primjeri polarizacije svjetlosti i kako ih eliminirati

Polarizacija svjetlosti, čiji je izvor jasno nebo, samo je najjednostavniji i najčešće korišten primjer te pojave. Drugi vrlo česti slučajevi mogu se nazvati odsjajem, koji leže na staklenim prozorima i površini vode. Ako je potrebno, mogu se ukloniti pomoću posebnih polaroidnih filtera, koje najčešće koriste fotografi. Oni postaju nezamjenjivi ako trebate snimiti bilo koju sliku zaštićenu staklom ili muzejske eksponate na fotografiji. Načelo njihovog djelovanja temelji se na činjenici da bilo koje reflektirano svjetlo, ovisno o kutu njegove upadnosti, ima određeni stupanj polarizacije. Dakle, kada gledate bljeskalicu, lako možete pronaći kut filtra na kojem će biti potisnut, sve do potpunog nestanka. Isti princip slijede proizvođači kvalitetnih sunčanih naočala. Zbog upotrebe polaroidnih filtera u njihovom staklu, moguće je ukloniti interferirajuće refleksije koje izlaze s površine mokrog autoceste ili površine mora.

Umovljev zakon

Svako difuzno svjetlo s neba je sunčana svjetlost koji su prolazili kroz brojne refleksije molekula zraka, a također su u više navrata provalili u kristalima leda ili kapljicama vode. Istovremeno, proces polarizacije karakterističan je ne samo za refleksiju smjera (na primjer, iz vode), već i za difuzne. Godine 1905. dokazano je da što je tamnija površina od koje se reflektira svjetlosni val, to je veći stupanj polarizacije. Ona je ušla u povijest kao zakon Umova, nazvana po fizičaru koji je uspio dokazati tu ovisnost. Ako ga promatramo na elementarnom primjeru s asfaltnom autocestom, ispada da je u mokrom stanju više polariziran nego u suhom obliku.

Povijest aplikacije

Unatoč činjenici da je po prvi put fenomen polarizacije otkriven 1871. godine, znanstvenici su to detaljno objasnili tek sredinom prošlog stoljeća. Uostalom, postoje povijesni podaci da su ih pomorci koristili prije više od tisuću godina. U većini slučajeva, sunce je za njih bila glavna smjernica. Međutim, u oblačno vrijeme koristili su takozvani solarni kamen. Postoje svi razlozi za pretpostavku da je riječ o nekoj vrsti prozirnog minerala koji ima svojstva polarizacije. Smjernica je bila tamnija traka koja se pojavljivala na nebu. Da bi dokazali pretpostavku povjesničara i učinkovitost ove vrste plovidbe, prije nekog vremena, norveški pilot letio je malim zrakoplovom iz svoje rodne zemlje na Grenland, koristeći samo kordieritski kristal, mineral s karakteristikama sličnim solarnom kamenu, kao smjernicu.

Polarizacija i insekti

Polarizacija svjetla vidljiva je mnogim insektima. To se posebno odnosi na pčele i mrave, koje se zbog te posebnosti mogu orijentirati na teren u oblačno vrijeme i bez poteškoća se vratiti u njihova staništa. Ta se sposobnost postiže strukturom vizualnog sustava. Dok se u oku čovjeka i bilo koje druge životinje sisavca, svjetlosno osjetljive molekule nalaze nasumce, u kukcima su orijentirane u istom smjeru i leže u urednim redovima.

Polarizacija nekih optičkih fenomena i nebeskih objekata

Učinci polarizacije također su karakteristični za takve zanimljive prirodne pojave kao što su oreoli (svjetlosni lukovi, koji se povremeno pojavljuju oko sunca ili mjeseca), duge i određene vrste aurora borealis To je zbog činjenice da se u svim tim slučajevima svjetlo istovremeno reflektira i lomi. Drugim riječima, ako zakrenete filter i gledate kroz njega na dugi, u određenom trenutku on će postati gotovo nevidljiv. Što se tiče polarizacije nekih astronomskih tijela, maglica rakova, koja se promatra u zviježđu Bik, postala je njezin najupečatljiviji primjer. Činjenica je da se emitirana svjetlost koju ona emitira javlja tijekom usporavanja elektrona koji brzo lete pomoću magnetskog polja.

Kružna polarizacija

Neke vrste kornjaša, čija su leđa metalnog sjaja, sposobne su reflektirati zrake i usmjeriti ih u krug. Ovaj fenomen se naziva - kružna polarizacija svjetlosti. Ako gledate kroz filter metalni sjaj s leđa ovih insekata, možete vidjeti da je uvijek uvrnut ulijevo. Do našeg vremena znanstvenici nisu mogli objasniti što je to biološko značenje ove pojave.