قانون مالوس: مستقطبان بزاوية
1 · توقّع
ضوء يمر عبر مستقطب ثم ثانٍ بزاوية ما من الأول. هل تعتمد الشدة المنقولة بسلاسة على الزاوية بين محوري المستقطبين؟
- تتناقص الشدة المنقولة خطيًا مع الزاوية.
- الضوء إما يمر كليًا أو يُحجب كليًا — لا انتقال سلس.
- نعم — تتبع الشدة المنقولة مربعَ جيب تمام الزاوية بين المحورين، وتبلغ صفرًا عند 90° بالضبط («مستقطبان متعامدان»).
2 · التجهيز
- افتح تجربة المستقطبين واضغط إعادة. محورا المستقطبين على 90° تباعدًا (متعامدان تمامًا — لا ضوء يمر).
- فعّل قراءة الشدة المنقولة.
- اضبط الزاوية بين محوري المستقطبين لكل تجربة وسجل الكسر المنقول عبر الثاني.
3 · اجمع البيانات
| الزاوية بين المحورين Δθ (°) | الكسر المنقول (عبر P2) |
|---|---|
| 0.00 | |
| 45.00 | |
| 90.00 |
ارسم الكسر المنقول (المحور y) مقابل Δθ (المحور x) لتجاربك الثلاث. أين يبلغ الصفر بالضبط؟
4 · حلّل
- لتجربة واحدة، احسب الكسر المنقول عبر المستقطب الثاني كـ0.5·cos²(Δθ) — 0.5 هي خسارة المصدر غير المستقطب نصف شدته عند المستقطب الأول، وcos²(Δθ) قانون مالوس عند الثاني. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا يعتمد الكسر المنقول عبر P2 على الزاوية بين المحورين فقط، لا على توجههما المطلق — ولماذا تعطي 90° بالضبط («متعامدان») انتقالًا صفريًا.
5 · وسّع
- تحجب نظارات الشمس المستقطبة الوهجَ المستقطب أفقيًا (كالانعكاسات عن الماء أو الطرق) بتوجيه محورها المستقطب رأسيًا. بقانون مالوس، اشرح لماذا قد يجعل إمالة رأسك جانبيًا أثناء لبسها الوهجَ يظهر فجأة من جديد.
- تستخدم شاشات LCD مستقطبين متعامدين مع طبقة بلورة سائلة بينهما تستطيع تدوير استقطاب الضوء بأمر، متحكمة بمقدار الضوء العابر في كل بكسل. اشرح لماذا المستقطبان «المتعامدان» (لا المتوازيان) هما حالة «الإطفاء» الطبيعية الافتراضية للبكسل.
الفيزياء خلف هذه التجربة
قانون مالوس
الضوء المستقطب أصلًا على محور واحد، مارًا بمستقطب ثانٍ بزاوية Δθ عن الأول، ينقل كسر cos²(Δθ) من شدته. عند Δθ = 90° («متعامد») يهبط النقل إلى الصفر تمامًا. عمود «الجزء المنقول» في هذه الورقة يقيس من المصدر غير المستقطب الأصلي، لذلك يحمل أيضًا 50% من الشدة المفقودة عند المستقطب الأول: الجزء المنقول = 0.5·cos²(Δθ).
البصريات
- عدسة مجمّعة: صور حقيقية أبعد من 2f
- البؤرة: حيث تهرب الصور إلى اللانهاية
- عدسة كعدسة مكبرة
- عدسة مفرّقة: افتراضية دومًا ومصغّرة دومًا
- مرآة مقعرة: صور حقيقية كعدسة مجمّعة
- مرآة محدبة: صورة افتراضية مصغّرة دومًا
- المرآة المستوية: حالة خاصة ثابتة
- العمق الظاهري: لماذا يبدو المسبح أضحل مما هو عليه
- الانعكاس الكلي الداخلي: الزاوية الحرجة
- نقل بعدستين: تسلسل الصور
- المجهر المركب: عدستان لتكبير عالٍ
- مكبّر الصور الفوتوغرافي: عدستان لصورة حقيقية أكبر