Apa itu polarisasi cahaya dan aplikasi praktisnya?

Cahaya terpolarisasi berbeda dari cahaya standar dalam distribusinya. Itu ditemukan sejak lama dan digunakan baik untuk eksperimen fisik maupun dalam kehidupan sehari-hari untuk melakukan beberapa pengukuran. Memahami fenomena polarisasi tidaklah sulit, ini akan memungkinkan Anda untuk memahami prinsip pengoperasian beberapa perangkat dan mencari tahu mengapa, dalam kondisi tertentu, cahaya tidak merambat seperti biasa.

Perbandingan foto tanpa filter polarisasi dan dengan itu, dalam kasus kedua hampir tidak ada silau.

Apa itu polarisasi cahaya?

Polarisasi cahaya membuktikan bahwa cahaya adalah gelombang transversal. Artinya, kita berbicara tentang polarisasi gelombang elektromagnetik secara umum, dan cahaya adalah salah satu varietasnya, yang sifat-sifatnya tunduk pada aturan umum.

Polarisasi adalah sifat gelombang transversal, vektor osilasi yang selalu tegak lurus terhadap arah rambat cahaya atau sesuatu yang lain.Artinya, jika Anda memilih dari sinar cahaya dengan polarisasi vektor yang sama, maka ini akan menjadi fenomena polarisasi.

Paling sering, kita melihat cahaya yang tidak terpolarisasi di sekitar kita, karena vektor intensitasnya bergerak ke segala arah yang memungkinkan. Untuk membuatnya terpolarisasi, ia dilewatkan melalui media anisotropik, yang memotong semua osilasi dan hanya menyisakan satu.

Perbandingan cahaya biasa dan terpolarisasi.

Siapa yang menemukan fenomena tersebut dan apa buktinya?

Konsep yang sedang dipertimbangkan digunakan untuk pertama kalinya dalam sejarah oleh seorang ilmuwan Inggris yang terkenal I. Newton pada tahun 1706. Tapi peneliti lain menjelaskan sifatnya - James Maxwell. Kemudian sifat gelombang cahaya tidak diketahui, tetapi dengan akumulasi berbagai fakta dan hasil berbagai eksperimen, semakin banyak bukti transversal gelombang elektromagnetik muncul.

Yang pertama melakukan eksperimen di bidang ini adalah seorang peneliti Belanda Huygens, ini terjadi pada tahun 1690. Dia melewatkan cahaya melalui sepiring spar Islandia, sebagai akibatnya dia menemukan anisotropi melintang balok.

Bukti pertama polarisasi cahaya dalam fisika diperoleh oleh seorang peneliti Prancis E. Malus. Dia menggunakan dua piring turmalin dan akhirnya menemukan hukum yang dinamai menurut namanya. Berkat banyak eksperimen, transversalitas gelombang cahaya terbukti, yang membantu menjelaskan sifat dan fitur propagasinya.

Dari mana polarisasi cahaya berasal dan bagaimana mendapatkannya sendiri

Sebagian besar cahaya yang kita lihat tidak terpolarisasi. Matahari, pencahayaan buatan - fluks bercahaya dengan vektor berosilasi ke arah yang berbeda, menyebar ke segala arah tanpa batasan apa pun.

Cahaya terpolarisasi muncul setelah melewati media anisotropik, yang dapat memiliki sifat yang berbeda. Lingkungan ini menghilangkan sebagian besar fluktuasi, meninggalkan satu-satunya hal yang memberikan efek yang diinginkan.

Paling sering, kristal bertindak sebagai polarizer. Jika sebelumnya sebagian besar bahan alami digunakan (misalnya, turmalin), sekarang ada banyak pilihan untuk asal buatan.

Juga, cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dengan refleksi dari dielektrik apapun. Intinya adalah ketika fluks bercahaya dibiaskan pada pertemuan dua media. Ini mudah dilihat dengan menempatkan pensil atau tabung ke dalam segelas air.

Prinsip ini digunakan dalam mikroskop polarisasi.

Selama fenomena pembiasan cahaya, bagian dari sinar terpolarisasi. Tingkat manifestasi efek ini tergantung pada lokasi sumber cahaya dan sudut datangnya relatif terhadap titik bias.

Adapun metode untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi, salah satu dari tiga opsi digunakan terlepas dari kondisinya:

1. Prisma Nicolas. Dinamai setelah penjelajah Skotlandia Nicolas William yang menemukannya pada tahun 1828. Dia melakukan eksperimen untuk waktu yang lama dan setelah 11 tahun bisa mendapatkan perangkat jadi, yang masih digunakan tidak berubah.
2. Refleksi dari dielektrik. Di sini sangat penting untuk memilih sudut datang yang optimal dan memperhitungkan derajat pembiasan (semakin besar perbedaan pancaran cahaya kedua media, semakin banyak sinar yang dibiaskan).
3. Menggunakan lingkungan anisotropik. Paling sering, kristal dengan sifat yang sesuai dipilih untuk ini. Jika Anda mengarahkan fluks cahaya pada mereka, Anda dapat mengamati pemisahan paralelnya pada output.

Polarisasi cahaya pada pemantulan dan pembiasan pada antarmuka dua dielektrik

Fenomena optik ini ditemukan oleh seorang fisikawan dari Skotlandia David Brewster pada tahun 1815. Hukum yang diturunkannya menunjukkan hubungan antara indikator dua dielektrik pada sudut datang cahaya tertentu. Jika kita memilih kondisi, maka sinar yang dipantulkan dari antarmuka dua media akan terpolarisasi pada bidang yang tegak lurus terhadap sudut datang.

Ilustrasi hukum Brewster.

Peneliti mencatat bahwa sinar yang dibiaskan sebagian terpolarisasi dalam bidang datang. Dalam hal ini, tidak semua cahaya dipantulkan, sebagian masuk ke sinar yang dibiaskan. Sudut pembuat bir adalah sudut di mana cahaya yang dipantulkan sepenuhnya terpolarisasi. Dalam hal ini sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus.

Untuk memahami alasan fenomena ini, Anda perlu mengetahui hal berikut:

1. Dalam setiap gelombang elektromagnetik, osilasi medan listrik selalu tegak lurus terhadap arah gerakannya.
2. Prosesnya dibagi menjadi dua tahap. Yang pertama, gelombang datang menyebabkan molekul dielektrik tereksitasi, yang kedua, gelombang yang dibiaskan dan dipantulkan muncul.

Jika satu plastik kuarsa atau mineral lain yang sesuai digunakan dalam percobaan, intensitas cahaya terpolarisasi bidang akan kecil (sekitar 4% dari total intensitas). Tetapi jika Anda menggunakan tumpukan piring, Anda dapat mencapai peningkatan kinerja yang signifikan.

Ngomong-ngomong! Hukum Brewster juga dapat diturunkan menggunakan rumus Fresnel.

Polarisasi cahaya oleh kristal

Dielektrik biasa bersifat anisotropik dan karakteristik cahaya ketika mengenainya terutama bergantung pada sudut datang. Sifat-sifat kristal berbeda, ketika cahaya mengenai mereka, Anda dapat mengamati efek pembiasan ganda sinar.Ini memanifestasikan dirinya sebagai berikut: ketika melewati struktur, dua balok yang dibiaskan terbentuk, yang bergerak ke arah yang berbeda, kecepatannya juga berbeda.

Paling sering, kristal uniaksial digunakan dalam percobaan. Di dalamnya, salah satu sinar bias mematuhi hukum standar dan disebut biasa. Yang kedua dibentuk secara berbeda, itu disebut luar biasa, karena fitur pembiasannya tidak sesuai dengan kanon biasa.

Inilah yang tampak seperti pembiasan ganda pada diagram.

Jika Anda memutar kristal, maka sinar biasa akan tetap tidak berubah, dan yang luar biasa akan bergerak di sekitar lingkaran. Paling sering, kalsit atau spar Islandia digunakan dalam eksperimen, karena sangat cocok untuk penelitian.

Ngomong-ngomong! Jika Anda melihat lingkungan melalui kristal, maka garis besar semua objek akan terbelah menjadi dua.

Berdasarkan percobaan dengan kristal tienne Louis Malus merumuskan hukum pada tahun 1810 tahun yang menerima namanya. Dia menyimpulkan ketergantungan yang jelas dari cahaya terpolarisasi linier setelah perjalanannya melalui polarisator yang dibuat berdasarkan kristal. Intensitas berkas setelah melewati kristal berkurang sebanding dengan kuadrat kosinus sudut yang terbentuk antara bidang polarisasi berkas masuk dan filter.

Pelajaran video: Polarisasi cahaya, fisika Kelas 11.

Aplikasi praktis polarisasi cahaya

Fenomena yang sedang dipertimbangkan digunakan dalam kehidupan sehari-hari jauh lebih sering daripada yang terlihat. Pengetahuan tentang hukum perambatan gelombang elektromagnetik membantu dalam pembuatan berbagai peralatan. Opsi utamanya adalah:

1. Filter polarisasi khusus untuk kamera memungkinkan Anda menghilangkan silau saat mengambil gambar.
2. Kacamata dengan efek ini sering digunakan oleh pengemudi, karena menghilangkan silau dari lampu depan kendaraan yang melaju.Akibatnya, bahkan balok tinggi tidak dapat menyilaukan pengemudi, yang meningkatkan keselamatan.
   Tidak adanya silau karena efek polarisasi.
3. Peralatan yang digunakan dalam geofisika memungkinkan untuk mempelajari sifat-sifat massa awan. Ini juga digunakan untuk mempelajari fitur polarisasi sinar matahari saat melewati awan.
4. Instalasi khusus yang memotret nebula kosmik dalam cahaya terpolarisasi membantu mempelajari fitur medan magnet yang muncul di sana.
5. Dalam industri teknik, apa yang disebut metode fotoelastik digunakan. Dengan itu, Anda dapat dengan jelas menentukan parameter tegangan yang terjadi di node dan bagian.
6. Peralatan digunakan saat membuat pemandangan teater, serta dalam desain konser. Area aplikasi lainnya adalah etalase dan stand pameran.
7. Alat yang mengukur kadar gula dalam darah seseorang. Mereka bekerja dengan menentukan sudut rotasi bidang polarisasi.
8. Banyak perusahaan industri makanan menggunakan peralatan yang mampu menentukan konsentrasi larutan tertentu. Ada juga perangkat yang dapat mengontrol kandungan protein, gula dan asam organik melalui penggunaan sifat polarisasi.
9. Sinematografi 3D bekerja tepat melalui penggunaan fenomena yang dibahas dalam artikel.

Ngomong-ngomong! Akrab dengan semua monitor kristal cair dan TV juga bekerja berdasarkan aliran terpolarisasi.

Mengetahui fitur dasar polarisasi memungkinkan Anda untuk menjelaskan banyak efek yang terjadi di sekitarnya. Juga, fenomena ini banyak digunakan dalam sains, teknologi, kedokteran, fotografi, perfilman dan banyak bidang lainnya.