Поляризація внаслідок фотопружного двопроменезаломлення

Схема установки

Оптично анізотропні речовини розщеплюють світло, що проходить крізь них, на дві складові з різними площинами коливань. Щоб перевірити речовину на оптичну анізотропію, достатньо розмістити на шляху світла між джерелом світла і речовиною два поляризаційні фільтри й подивитися на світло, яке крізь них проходить.

Попередні знання

Для учнів корисно, якщо вони вже знають, що світло є поперечною хвилею і що його можна поляризувати.

Принцип

У прозорих речовинах через технологію виготовлення, подальше оброблення або дію зовнішніх сил можуть виникати напруження, які призводять до оптичної анізотропії цих речовин. Це означає, що цуг світлових хвиль розщеплюється на дві складові з різними площинами коливань, коли він проходить крізь ці речовини. Швидкість поширення світла і, відповідно, показник заломлення залежать від напрямку. Це явище називають фотопружним двопроменезаломленням.

Навчальна мета

Цим експериментом учні мають виявити, що поле зору за схрещеним аналізатором світлішає й забарвлюється, коли поляризоване біле світло проходить крізь оптично анізотропні речовини, і що ці частково кольорові просвітлення виникають тому, що площини коливань частин світла, яке проходить, вочевидь змінюються.

Завдання

Учні мають пропускати поляризоване світло крізь задані фотопружні моделі, піддаючи їх при цьому різному тиску, який спричиняє внутрішні напруження, і аналізувати світло, що пройшло. Після цього вони мають також дослідити на внутрішні напруження лінзи окулярів.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Окуляри з поляризаційним фільтром для показу 3D-зображень

У побуті поляризаційні фільтри застосовують у фотографії, щоб прибрати небажані відблиски світла, або в окулярах, де встановлено два зміщені один відносно одного фільтри, які пропускають до кожного ока по-різному поляризоване світло, завдяки чому можливе тривимірне сприйняття.

Проте ними можна також аналізувати, чи є речовина, як-от скло, оптично анізотропною, спостерігаючи за світлом, яке крізь неї проходить.

• Склади з двох штативних стрижнів і змінної штативної основи оптичну лаву і приклади масштабну лінійку (рис. 1 і рис. 2).

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 3 і 4.
• Затисни освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений стороною з лінзою від оптичної лави (рис. 5).
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача (рис. 6).

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

• Затисни екран у правій частині штативної основи (рис. 7).
• Постав на оптичну лаву лінзу з f = +50 мм приблизно на позначці 3,5 см і лінзу з f = +100 мм приблизно на позначці 25 см (рис. 8).

Рисунок 7

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення (рис. 9).
• Внеси фотопружну модель у хід променів приблизно на позначці 8 см.
• Пересунь її так, щоб на екрані виникло різке зображення.
• Запам'ятай положення моделі (рис. 10).

Рисунок 9

• Надінь один тримач діафрагм із фільтром (поляризатор) на лінзу з f = +50 мм (рис. 11), а другий тримач діафрагм із фільтром (аналізатор) - на оправу зі шкалою.
• Постав останню на оптичну лаву приблизно на позначці 20 см (рис. 12).
• Установи аналізатор так, щоб обидва фільтри були схрещені (α = 90°).
• Вноси фотопружні моделі одну за одною в хід променів у попередньо визначеному положенні, стискай пальцями їхні вузькі кінці з різною силою і спостерігай при цьому за явищами на екрані. Запиши спостереження.

Рисунок 11

Рисунок 12

• Замість фотопружних моделей внеси в хід променів лінзи окулярів зі скла і пластмаси. Запиши спостереження.
• Внеси в хід променів фотопружні моделі під тиском і змінюй при цьому кут аналізатора, обертаючи його. Запиши спостереження.
• Вимкни блок живлення.

Рисунок 11

Рисунок 12