Поляризация на светлината: нейната същност и роля в природата

Много хора смятат, че поляризацията на светлината е феноменален феномен, който е широко разпространен и използван в технологиите и почти никога не се среща в ежедневието. Всъщност това твърдение не е съвсем правилно, както е доказано в статия на холандския физик Г. Кенън.

Обща концепция

От научна гледна точка поляризацията на светлината е ориентацията в пространството на светлинни колебания, които са перпендикулярни на посоката на движението на вълната. Светлинният лъч се състои от набор от прости елементи, наречени кванти. Посоката на техните колебания може да бъде много разнообразна. В случая, когато квантите се различават в еднаква ориентация, светлинният поток се нарича поляризиран. В зависимост от съотношението на такива частици в дадена радиация, степента на поляризация се променя.

филтри

Има редица филтри, които могат да предават само лъчи със специфична ориентация. Ако погледнете през тях към поляризирания светлинен поток и едновременно с това се върти, яркостта ще се промени. В случай, че поляризацията на светлината съвпада с посоката на предаване, тя ще стане максимална, а при пълно несъответствие - минимална. Можете да закупите такива филтри в обикновени магазини, специализирани в продажбата на фотографска техника. Когато погледнете през тях към ясното небе, при условие че Слънцето е на една страна, в определен момент по време на завоя ще видите ивица от черен цвят. Това е доказателство, че светлинните вълни, излъчвани от тази част на небето, са поляризирани.

Фигурата на Гайдингер

По едно време, известен физик от СССР С. И. Vavilov проведени изследвания, резултатите от които напреднали една интересна теория. Според нея поляризацията на светлината се вижда без никакви помощни средства за приблизително всеки четвърти човек на планетата. Нещо повече, повечето от тези хора дори не са наясно с наличието на такава характеристика в собствената си визия. Когато погледнете към едно и също синьо небе в центъра на тяхното зрително поле се появява едва забележима жълта ивица с леко заоблени краища. В средата и по ръбовете има бледи синкави петънца. Когато завъртите равнината на поляризация, лентата също се върти, защото по отношение на посоката на светлинните колебания тя винаги е перпендикулярна. В науката това явление е известно като фигура на Гайдингер. Той е кръстен на немския физик, който го е открил през 1845 година. Ако някога го забележите, може да се развие способността да се вижда това място. Трябва да се отбележи, че когато се използва син или зелен светлинен филтър, фигурата на Gaidinger е ясно видима.

Примери за поляризация на светлината и как да се елиминира

Поляризацията на светлината, чийто източник е ясно небе, е само най-простият и най-широко използван пример за това явление. Други често срещани случаи могат да бъдат наречени отблясъци, които лежат върху стъклените прозорци и повърхността на водата. Ако е необходимо, те могат да бъдат елиминирани с помощта на специални поляроидни филтри, които най-често се използват от фотографите. Те стават незаменими, ако трябва да заснемете всяка снимка, защитена от стъкло, или музейни експонати. Принципът на тяхната работа се основава на факта, че всяка отразена светлина, в зависимост от ъгъла на падането й, има определена степен на поляризация. Така, когато гледате факела, лесно можете да намерите ъгъл на филтъра, при който той ще бъде потиснат, до пълно изчезване. Същият принцип се следва от производителите на висококачествени слънчеви очила. Благодарение на използването на поляроидни филтри в стъклото им е възможно да се премахнат смущаващи отражения, излъчвани от повърхността на влажна магистрала или морската повърхност.

Законът на Умов

Всяка дифузна светлина от небето е слънчева светлина които са претърпели многобройни отражения от молекули на въздуха, а също така многократно са се счупили в ледени кристали или водни капчици. В същото време процесът на поляризация е характерен не само за насочено отражение (например от вода), но и за дифузно. През 1905 г. се доказва, че колкото по-тъмна е повърхността, от която се отразява светлинната вълна, толкова по-голяма е степента на поляризация. Влязъл е в историята като закон на Умов, кръстен на физик, който е успял да докаже тази зависимост. Ако го разгледаме на елементарен пример с асфалтова магистрала, се оказва, че в мокро състояние е по-поляризирано, отколкото в сухата форма.

Приложение за история

Въпреки че за първи път феноменът на поляризация е открит през 1871 г., учените успяват да го обяснят подробно само в средата на миналия век. Както и да е, има историческа информация, че тя е била използвана от моряците за навигация преди повече от хиляда години. В повечето случаи слънцето беше основната насока за тях. Въпреки това, при облачно време, те използват така наречения слънчев камък. Има всички основания да се предположи, че това е вид прозрачен минерал, който има поляризационни свойства. Насоката бе по-тъмна ивица, която се появяваше в небето. За да докаже предположението на историците и ефективността на този вид навигация, преди известно време норвежки пилот излетя с малък самолет от родната си страна до Гренландия, използвайки само вода от кристал кордиерит, минерал с характеристики, подобни на слънчевия камък.

Поляризация и насекоми

Поляризацията на светлината е видима за много насекоми. Това е особено вярно за пчелите и мравките, които поради тази особеност могат да бъдат ориентирани към терена при облачно време и да се връщат безпроблемно в техните местообитания. Тази способност се постига благодарение на структурата на зрителната система. Докато в окото на човек и всяко друго бозайниково животно, светлочувствителните молекули се намират случайно, при насекомите те са ориентирани в една и съща посока и лежат в спретнати редове.

Поляризация на някои оптични явления и небесни обекти

Поляризационните ефекти са характерни и за такива интересни природни явления като ореоли (светлинни дъги, които понякога се появяват около слънцето или луната), дъги и определени видове Aurora borealis Това се дължи на факта, че във всички тези случаи светлината едновременно се отразява и пречупва. С други думи, ако завъртите филтъра и го погледнете в дъгата, в определен момент тя ще стане почти невидима. Що се отнася до поляризацията на някои астрономически тела, мъглявината от раци, която се наблюдава в съзвездието Телец, стана най-яркият му пример. Факт е, че излъчваната от него излъчена светлина възниква по време на забавянето на бързо летящи електрони от магнитното поле.

Кръгла поляризация

Някои от видовете бръмбари, чиито гърбове имат метален блясък, са способни да отразяват лъчите и да ги насочват в кръг. Това явление се нарича - кръгова поляризация на светлината. Ако погледнете през филтърния метален блясък от гърбовете на тези насекоми, можете да видите, че тя винаги е усукана наляво. До наши дни учените не са могли да обяснят какъв е биологичният смисъл на това явление.