Optika

Kolme polarisaatori paradoks

Sisesta kolmas polarisaator 45° juurde ristatute vahele ja valgus pääseb jälle läbi — I₀/8.

Kolme polarisaatori paradoks — interaktiivne Optika simulatsioon. Sisesta kolmas polarisaator 45° juurde ristatute vahele ja valgus pääseb jälle läbi — I₀/8. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

Kolm polarisaatorit

Sisesta kolmas polarisaator 45° juurde ristatute vahele ja valgus pääseb jälle läbi — I₀/8.

Kolmanda polarisaatori sisestamine 45° nurga alla ristatute vahele projekteerib valguse teljele, mida kumbki täielikult ei blokeeri, lubades osalise edastuse — vastuintuitiivne, aga järjestikuste Maluse tegurite poolt nõutav. Tippedastus võib ideaalsete lehtede puhul ulatuda I₀/8-ni.

• I₀/8 edastatud
• 45° keskmine

Uurimise kokkuvõte

Planeeri küsimus enne labori avamist

Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.

Juhtküsimus

Kaks ristatud polarisaatorit (90° kaugusel) blokeerivad kogu valguse. Kui sa sisestad KOLMANDA polarisaatori nende vahele mingil nurgal, kas teise blokeeriva elemendi lisamine laseb ROHKEM valgust läbi?

Kaalutavad ennustused

• Ei — täiendava polarisaatori lisamine saab ainult rohkem valgust blokeerida, mitte kunagi vähem.
• Üllatuslikult jah — keskpolarisaator vahepealsel nurgal laseb tegelikult osa valgust tagasi, rohkem polarisaatoreid taastades paradoksaalselt läbimist.
• Kolmanda polarisaatori lisamine ei muuda midagi, kui välised kaks on ikka ristatud.

Muutujate rollid

Mida sina sead:

• Keskmise polarisaatori nurk (°)

Mida sa mõõdad:

• Läbitud osa

Kuidas uurimustöö käib

1. Ava kolme polarisaatori eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Välised polarisaatorid on fikseeritud 0° ja 90° (ristatud); keskmine alustab 45°-l.
2. Lülita sisse lõpliku läbitud intensiivsuse näit.
3. Sea iga katse jaoks keskmise polarisaatori nurk (välised polarisaatorid fikseeritud 0° ja 90°) ja kirjuta üles valguse osa, kes kõigi kolme läbi jõuab.

Juhtiv võrrand

Kolme polarisaatori läbilask — I = I₀·cos²θ

Kolme polarisaatori järjest läbimine korrutab kolm tegurit: esimese polarisaatori 50 % läbilask polariseerimata valgusele, seejärel Maluse seaduse cos² igal järgneval nurgasammul. Keskpolarisaator vahepealsel nurgal saab edastada palju rohkem kui kaks ristatud polarisaatorit üksi.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Arvuta ühes katses läbitud osa kui 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), kus algne tegur 0.5 arvestab polariseerimata valgust esimesest polarisaatorist, seejärel kaks Maluse seaduse sammu (0°-lt θ_mid-ni, siis θ_mid-lt 90°-ni). Võrdle tabeliga. Kinnita, et θ_mid = 45° annab täpselt 1/8.
• Selgita, miks keskpolarisaator 45°-l — täpselt pooltel ristatud välimiste vahel — maksimeerib üllatusliku „lase valgus tagasi“ efekti: iga 45° samm üksi edastab cos²(45°) = 50 %, palju paremini kui otsehüpe 0°-lt 90°-le (mis edastab 0 %).

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Sellel „rohkem filtrid, rohkem läbimist“ efektil on kuulus kvantmehaanika analoog (kolme polarisaatori eksperiment, näidates, et mõõtmine muudab kvantolekut). Selgita klassikaliste lainete mõistes, miks iga polarisaator ei „vali“ lihtsalt juba olemasolevat valgust omaenda orientatsiooniga, vaid aktiivselt projitseerib valguse omaenda teljele, muutes tema olekut.
• Mis juhtub läbitud osaga, kui keskmise polarisaatori nurk läheneb 0°-le (joondudes esimesega) või 90°-le (joondudes viimasega)? Kasuta oma valemit, et kontrollida mõlemat piiri, ja selgita füüsiliselt, miks nad on mõistlikud.

• 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

1. Tere tulemast kolme polarisaatori juurde
2. Vali keskmine polarisaator
3. Vajuta Esita
4. Keskmine polarisaator laseb valguse läbi
5. Ava Omaduste paneel
6. Said hakkama!

Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.

Ava interaktiivne labor →

Laadi tööleht alla →

Polarisatsioon ja Maluse seadus