Optiikka

Ristikkäiset polarisaattorit

Kaksi 90°:n polarisaattoria estävät kaiken valon (Malus: I = I₀cos²θ → 0).

Ristikkäiset polarisaattorit – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Kaksi 90°:n polarisaattoria estävät kaiken valon (Malus: I = I₀cos²θ → 0). Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Malusin laki

Kaksi 90°:n polarisaattoria estävät kaiken valon (Malus: I = I₀cos²θ → 0).

Polarisaattorit läpäisevät vain sähkökentän komponentin akselinsa suunnassa. 90°:n ristikkäisyydessä mikään komponentti ei selviä. Malusin laki ennustaa intensiteetin I = I₀ cos²θ kulmien välillä – perusta polarisoiville aurinkolaseille ja LCD-näytöille.

I = I₀ cos²θ
Ristikkäin → tumma

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Valo kulkee yhden polarisaattorin läpi ja sitten toisen jollakin kulmalla ensimmäiseen nähden. Riippuuko läpäisty intensiteetti tasaisesti kahden polarisaattorin akselien välisestä kulmasta?

Punniteltavat ennusteet

Läpäisty intensiteetti laskee lineaarisesti kulman mukana.
Valo joko kulkee kokonaan tai estyy kokonaan – ei tasaista siirtymää.
Kyllä – läpäisty intensiteetti seuraa akselien välisen kulman cos²-arvoa, saavuttaen nollan täsmälleen kohdassa 90° (”ristikkäiset” polarisaattorit).

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

Kulma akselien välillä Δθ (°)

Mitä mittaat:

Läpäisty osuus (P2:n läpi)

Miten tutkimus etenee

Avaa ristikkäiset polarisaattorit -esiasetus ja paina Nollaa. Kahden polarisaattorin akselit on asetettu 90° etäisyydelle (täysin ristikkäiset – ei läpäisyvaloa).
Ota käyttöön läpäistyn intensiteetin lukema.
Aseta kahden polarisaattorin akselien välinen kulma jokaiselle suoritukselle ja kirjaa valon osuus, joka läpäisee toisen läpi.

Hallitseva yhtälö

Malusin laki — I = I₀·cos²θ

Yhden akselin suuntaisesti jo polarisoitu valo, joka kulkee toisen polarisaattorin läpi kulmassa Δθ ensimmäiseen nähden, läpäisee osuuden cos²(Δθ) intensiteetistään. Kohdassa Δθ = 90° (”ristikkäiset”) läpäisy putoaa täsmälleen nollaan.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

Yhdelle suoritukselle laske toisen polarisaattorin läpi läpäisty osuus kaavana 0.5·cos²(Δθ) – 0.5 on polarisoimaton lähde, joka menettää puolet intensiteetistään ensimmäisessä polarisaattorissa, ja cos²(Δθ) on Malusin laki toisessa. Vertaa taulukkoon.
Selitä, miksi P2:n läpi läpäisty osuus riippuu vain AKSELIEN VÄLISESTÄ KULMASTA, ei niiden absoluuttisesta orientaatiosta – ja miksi täsmälleen 90° (”ristikkäiset”) antaa nollaläpäisyn.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

Polarisoidut aurinkolasit estävät vaakasuunnassa polarisoidun heijastuksen (kuten veden tai teiden heijastukset) suuntaamalla polarisointiakselinsa pystysuunnassa. Selitä Malusin lain avulla, miksi pään kallistaminen sivuttain polarisoitujen aurinkolasien kanssa voi saada heijastuksen äkillisesti ilmestymään uudelleen.
LCD-näytöt käyttävät ristikkäisiä polarisaattoreita, joiden välissä on nestekidekerros, joka voi kierrättää valon polarisaatiota komennosta, ohjaten, kuinka paljon valoa pääsee kunkin pikselin läpi. Selitä, miksi ”ristikkäiset” (ei rinnakkaiset) polarisaattorit ovat pikselin luonnollinen oletus ”pois”-tila.

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

Tervetuloa ristikkäisiin polarisaattoreihin
Valitse ensimmäinen polarisaattori
Paina Toista
Intensiteetti polarisaattorien läpi
Avaa Ominaisuudet-paneeli
Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Polarisaatio ja Malusin laki

Optiikka