Το παράδοξο τριών πολωτών

1 · Πρόβλεψε

Δύο σταυρωτοί πολωτές (90° μεταξύ τους) μπλοκάρουν όλο το φως. Αν εισάγεις ΤΡΙΤΟ πολωτή μεταξύ τους υπό κάποια γωνία, η προσθήκη άλλου μπλοκαρίσματος στοιχείου αφήνει ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ φως να περάσει;

• Όχι — η προσθήκη οποιουδήποτε επιπλέον πολωτή μπορεί μόνο να μπλοκάρει περισσότερο φως, ποτέ λιγότερο.
• Αισθαντικά, ναι — μεσαίος πολωτής σε ενδιάμεση γωνία στην πραγματικότητα αφήνει λίγο φως να περάσει πίσω, περισσότεροι πολωτές παράδοξα επαναφέρουν τη διαβίβαση.
• Η προσθήκη τρίτου πολωτή δεν αλλάζει τίποτα αν οι δύο εξωτερικοί εξακολουθούν να είναι σταυρωτοί.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή three-polarizers και πάτησε Επαναφορά. Οι εξωτερικοί πολωτές είναι σταθεροί στις 0° και 90° (σταυρωτοί)· ο μεσαίος ξεκινά στις 45°.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη τελικής μεταδιδόμενης έντασης.
3. Ρύθμισε τη γωνία μεσαίου πολωτή για κάθε δοκιμή (εξωτερικοί πολωτές σταθεροί στις 0° και 90°) και κατέγραψε το κλάσμα φωτός που φτάνει και από τους τρεις.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το μεταδιδόμενο κλάσμα (άξονας y) έναντι της μεσαίας γωνίας (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι ποτέ μη μηδενικό;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε το μεταδιδόμενο κλάσμα ως 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), όπου ο αρχικός παράγοντας 0.5 λογαριάζει αποπολωμένο φως που περνά τον πρώτο πολωτή, και μετά δύο βήματα νόμου Malus (0° προς θ_mid, μετά θ_mid προς 90°). Σύγκρινε με τον πίνακα. Επιβεβαίωσε ότι θ_mid = 45° δίνει ακριβώς 1/8.
2. Εξήγησε γιατί μεσαίος πολωτής στις 45° — ακριβώς στο μισό δρόμο μεταξύ των σταυρωτών εξωτερικών — μεγιστοποιεί το εκπληκτικό φαινόμενο «αφήνει φως να περάσει πίσω»: κάθε βήμα 45° μόνο του μεταδίδει cos²(45°) = 50%, πολύ καλύτερα από άλμα ευθείας από 0° σε 90° (που μεταδίδει 0%).

5 · Επέκταση

1. Αυτό το φαινόμενο «περισσότερα φίλτρα, περισσότερη διαβίβαση» έχει διάσημο κβαντομηχανικό ανάλογο (το πείραμα τριών πολωτών που επιδεικνύει ότι η μέτρηση αλλάζει κβαντική κατάσταση). Εξήγησε, με κλασικούς κυματικούς όρους, γιατί κάθε πολωτής δεν απλώς «επιλέγει» προϋπάρχον φως δικού του προσανατολισμού, αλλά ενεργά προβάλλει το φως στον δικό του άξονα, αλλάζοντας την κατάστασή του.
2. Τι θα γίνει με το μεταδιδόμενο κλάσμα καθώς η γωνία μεσαίου πολωτή πλησιάζει τις 0° (ευθυγραμμισμένο με τον πρώτο) ή τις 90° (ευθυγραμμισμένο με τον τελευταίο); Χρησιμοποίησε τον τύπο σου για να ελέγξεις και τα δύο όρια και εξήγησε φυσικά γιατί έχουν νόημα.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής