Paradox tří polarizátorů

1 · Predikuj

Dva křížené polarizátory (90° od sebe) blokují všechno světlo. Když mezi ně vložíš TŘETÍ polarizátor pod nějakým úhlem, dovolí přidání dalšího blokujícího prvku propustit VÍC světla?

• Ne — přidání jakéhokoli dalšího polarizátoru může jen blokovat víc světla, nikdy míň.
• Překvapivě ano — prostřední polarizátor v přechodném úhlu skutečně pustí část světla zpět, víc polarizátorů paradoxně obnovuje přenos.
• Přidání třetího polarizátoru nic nemění, pokud vnější dva jsou pořád křížené.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu three-polarizers a stiskni Resetovat. Vnější polarizátory jsou pevně na 0° a 90° (křížené); prostřední začíná na 45°.
2. Zapni odečet konečné propuštěné intenzity.
3. Nastav úhel prostředního polarizátoru pro každý pokus (vnější polarizátory pevně na 0° a 90°) a zapiš podíl světla, které projde všemi třemi.

3 · Sbírej data

Vynes propuštěný podíl (osa y) proti úhlu prostředního (osa x) pro své tři pokusy. Je někdy nenulový?

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti propuštěný podíl jako 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), kde počáteční činitel 0.5 zahrnuje průchod nepolarizovaného světla prvním polarizátorem, pak dva Malusovy kroky (0° na θ_mid, pak θ_mid na 90°). Porovnej s tabulkou. Potvrď, že θ_mid = 45° dává přesně 1/8.
2. Vysvětli, proč prostřední polarizátor na 45° — přesně v půli mezi kříženými vnějšími — maximalizuje překvapivý efekt „pustit světlo zpět“: každý krok 45° sám přenáší cos²(45°) = 50 %, mnohem lépe než skok přímo z 0° na 90° (který přenáší 0 %).

5 · Rozšiř

1. Tento efekt „víc filtrů, víc přenosu“ má slavný analog v kvantové mechanice (experiment tří polarizátorů demonstrující, že měření mění kvantový stav). Vysvětli v klasických vlnových termínech, proč každý polarizátor jen „nevybírá“ předexistující světlo vlastní orientace, ale aktivně promítá světlo na svou osu, měně svůj stav.
2. Co se stane s propuštěným podílem, jak se úhel prostředního polarizátoru blíží k 0° (zarovnaný s prvním), nebo 90° (zarovnaný s posledním)? Použij svůj vzorec, zkontroluj oba limity a fyzikálně vysvětli, proč dávají smysl.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky