Tre-polarisator-paradokset

1 · Forudsig

To krydsede polarisatorer (90° fra hinanden) blokerer alt lys. Hvis du indsætter en TREDJE polarisator mellem dem i en vis vinkel, lader tilføjelsen af endnu et blokerende element så MERE lys slippe igennem?

• Nej — tilføjelsen af en ekstra polarisator kan kun blokere mere lys, aldrig mindre.
• Overraskende nok ja — en mellemliggende polarisator i en mellemværende vinkel lader faktisk noget lys komme tilbage igennem; flere polarisatorer genopretter paradoksalt transmissionen.
• En tredje polarisator ændrer intet, hvis de yderste to stadig er krydsede.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen three-polarizers, og tryk på Nulstil. De yderste polarisatorer er fastsat til 0° og 90° (krydsede); den midterste starter ved 45°.
2. Slå aflæsningen af endelig transmitteret intensitet til.
3. Indstil den midterste polarisators vinkel for hver måling (yderste polarisatorer fastsat til 0° og 90°), og registrér brøkdelen af lys, der kommer gennem alle tre.

3 · Saml data

Tegn transmitteret brøkdel (y-aksen) som funktion af midtervinklen (x-aksen) for dine tre målinger. Er den nogensinde forskellig fra nul?

4 · Analysér

1. Beregn for én måling den transmitterede brøkdel som 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), hvor den indledende faktor 0.5 tager højde for upolariseret lys, der passerer den første polarisator, og derefter to Malus-lov-trin (0° til θ_mid, derefter θ_mid til 90°). Sammenlign med tabellen. Bekræft, at θ_mid = 45° giver præcis 1/8.
2. Forklar, hvorfor en midterste polarisator ved 45° — præcis midtvejs mellem de krydsede ydre — maksimerer den overraskende 'lad lys komme tilbage'-effekt: Hvert 45°-trin alene transmitterer cos²(45°) = 50%, meget bedre end at springe direkte fra 0° til 90° (hvilket transmitterer 0%).

5 · Udvid

1. Denne 'flere filtre, mere transmission'-effekt har en berømt kvantemekanisk analogi (tre-polarisator-eksperimentet, der viser, at måling ændrer en kvantetilstand). Forklar med klassiske bølgeudtryk, hvorfor hver polarisator ikke bare 'vælger' eksisterende lys med sin egen orientering, men aktivt projicerer lyset ned på sin egen akse og dermed ændrer dets tilstand.
2. Hvad sker der med den transmitterede brøkdel, når den midterste polarisators vinkel nærmer sig 0° (i linje med den første) eller 90° (i linje med den sidste)? Brug din formel til at tjekke begge grænser, og forklar fysisk, hvorfor de giver mening.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark