Конспект урока: Поляризация волн

Определение поляризованной поперечной волны

Рис. 1. Плоско поляризованная волна

Многочисленные опыты по исследованию свойств света показывают, что интенсивность светового пучка, проходящего через кристалл, зависит от ориентации взаимных частей этого кристалла, при этом каждую его часть можно рассматривать как отдельный кристалл. Свет мог как полностью проходить через оба кристалла, не изменяя своей интенсивности, так мог полностью исчезать, если же второй кристалл был повёрнут на определённый угол. Можно сказать, что при прохождении первого кристалла волна поляризуется, иными словами, первый кристалл пропускает только ту часть волн, для которых вектора $\overrightarrow{E}$ и $\overrightarrow{B}$ колеблются в одной плоскости. Данную плоскость именуют плоскостью поляризации. Если плоскости поляризации двух кристаллов совпадают, то свет не изменит своей интенсивности. Если же второй кристалл повернуть на $90°$, то изменится его плоскость поляризации и первоначальный свет не пройдёт.

Если же колебания в поперечной волне происходят в различных, хаотически изменяющихся направлениях, то такую поперечную волну называют естественной (естественно поляризованной или неполяризованной).

Получение поляризованной механической волны

Поместим на пути естественной упругой волны, распространяющейся по шнуру (рис. 2), пару параллельных близко расположенных пластин. Через щель между ними пройдут лишь те колебания, в которых направления смещений параллельны этой щели. Другими словами, волна станет линейно поляризованной. Если теперь на её пути поместить вторую пару пластин, параллельных первой паре, то волна свободно пройдёт через неё. Если же вторая пара пластин будет перпендикулярна первой, то эта вторая пара погасит волну.

Рис. 2. Действие поляризатора механических волн

Получение поляризованной электромагнитной волны

Рассмотрим эксперимент с электромагнитными волнами (рис. 3). Поместим между передатчиком и приёмником две решётки, каждая из которых состоит из параллельных друг другу металлических стержней. Выход приёмника подключим через усилитель к гальванометру. Если стержни в обеих решётках ориентировать параллельно друг другу, то, поворачивая одновременно обе решётки, можно найти такое их положение, при котором отклонение стрелки гальванометра будет максимальным. Если после этого одну из решёток повернуть на 90°, то электромагнитная волна проходить не будет. Этот эксперимент доказывает, что электромагнитные волны являются поперечными. Чтобы объяснить эксперимент, нужно учесть, что при ориентации стержней параллельно вектору $\overrightarrow{E}$ электромагнитной волны в стержнях возбуждаются интенсивные вынужденные колебания электронов, и волна от такой решётки отражается практически так же, как от сплошного металлического листа. Если же вектор $\overrightarrow{E}$ перпендикулярен оси стержней, то отражение волны почти не происходит.

Рис. 3. Установка для изучения поляризации электромагнитных волн

Исследование поляризации света от разных источников можно провести в школьной лаборатории. В качестве поляризатора и анализатора могут быть взяты поляроидные плёнки, достаточно широко используемые в фотографии.

Рис. 4. Плоскость поляризации

Если на такую плёнку направить естественный свет, например, от Солнца или лампы накаливания, то после прохождения через плёнку свет станет линейно поляризованным. Возможность прохождения такого света через анализатор будет зависеть от взаимной ориентации поляризатора и анализатора (рис. 5).

Рис. 5. Поляризация света в турмалиновых плёнках