البصريات
مفارقة المستقطبات الثلاثة
أدخل مستقطبًا ثالثًا عند 45° بين مستقطبين متعامدين فيمر الضوء من جديد — I₀/8.
مفارقة المستقطبات الثلاثة — محاكاة البصريات تفاعلية. أدخل مستقطبًا ثالثًا عند 45° بين مستقطبين متعامدين فيمر الضوء من جديد — I₀/8. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
ثلاثة مستقطبات
أدخل مستقطبًا ثالثًا عند 45° بين متعامدين فيمر الضوء من جديد — I₀/8.
إدخال مستقطب ثالث عند 45° بين متعامدين يُسقط الضوء على محور لا يحجبه أي منهما كليًا، مسمحًا بمرور جزئي — غير بديهي لكنه تفرضه عوامل مالوس التسلسلية. يستطيع الانتقال الأقصى بلوغ I₀/8 لأشرطة مثالية.
- I₀/8 نافذ
- الوسطى عند 45°
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
مستقطبان متعامدان (90° تباعدًا) يحجبان كل الضوء. إذا أدخلت مستقطبًا ثالثًا بينهما بزاوية ما، فهل إضافة عنصر حاجب آخر تسمح بمرور ضوء أكثر؟
توقعات للموازنة
- لا — إضافة أي مستقطب آخر لا تحجب إلا مزيدًا من الضوء، أبدًا لا أقل.
- بشكل مفاجئ، نعم — مستقطب أوسط بزاوية وسيطة يسمح فعلًا بعودة بعض الضوء، فمستقطبات أكثر تعيد الانتقال تناقضيًا.
- إضافة مستقطب ثالث لا تغير شيئًا ما دام الخارجيان متعامدين.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- زاوية المستقطب الأوسط (°)
ما تقيسه:
- الكسر المنقول
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة المستقطبات الثلاثة واضغط إعادة. المستقطبان الخارجيان مثبتان عند 0° و90° (متعامدان)؛ والأوسط يبدأ عند 45°.
- فعّل قراءة الشدة المنقولة النهائية.
- اضبط زاوية المستقطب الأوسط لكل تجربة (الخارجيان مثبتان عند 0° و90°) وسجل الكسر الذي ينجو عبر الثلاثة.
المعادلة الحاكمة
انتقال المستقطبات الثلاثة — I = I₀·cos²θ
المرور عبر ثلاثة مستقطبات تسلسليًا يضرب ثلاثة عوامل: مرور 50% للمستقطب الأول من الضوء غير المستقطب، ثم قانون مالوس cos² عند كل خطوة زاوية تالية. يستطيع مستقطب أوسط بزاوية وسيطة نقل أكثر بكثير من مستقطبين متعامدين وحدهما.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب الكسر المنقول 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid)، حيث يفسر العامل الابتدائي 0.5 مرور الضوء غير المستقطب بالمستقطب الأول، ثم خطوتا قانون مالوس (من 0° إلى θ_mid، ثم من θ_mid إلى 90°). قارن بالجدول. أكد أن θ_mid = 45° تعطي 1/8 تمامًا.
- اشرح لماذا المستقطب الأوسط عند 45° — منتصف الطريق تمامًا بين المتعامدين الخارجيين — يعظم التأثير المفاجئ «إعادة إمرار الضوء»: كل خطوة 45° وحدها تنقل cos²(45°) = 50%، أفضل بكثير من القفز مباشرة من 0° إلى 90° (الذي ينقل 0%).
أين يظهر هذا خارج المختبر
- لهذا الأثر «مزيد من المرشحات، مزيد من الانتقال» نظير ميكانيكي-كمومي شهير (تجربة المستقطبات الثلاثة البرهنة على أن القياس يغير الحالة الكمومية). بلغة الموجة الكلاسيكية، اشرح لماذا لا «ينتقي» كل مستقطب ضوءًا مسبق الوجد بتوجهه فحسب، بل يُسقط الضوء فعليًا على محوره مغيّرًا حالته.
- ماذا يحدث للكسر المنقول مع اقتراب زاوية المستقطب الأوسط من 0° (محاذيًا للأول) أو 90° (محاذيًا للأخير)؟ تحقق من الحدين بصيغتك واشرح فيزيائيًا لماذا هما منطقيان.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- أهلًا بك في المستقطبات الثلاثة
- حدد المستقطب الأوسط
- اضغط تشغيل
- المستقطب الأوسط يمرر الضوء
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.