Optika

Trijų poliarizatorių paradoksas

Įdėk trečią poliarizatorių 45° kampu tarp sukryžiuotųjų — ir šviesa vėl praeina: I₀/8.

Trijų poliarizatorių paradoksas — interaktyvi Optika simuliacija. Įdėk trečią poliarizatorių 45° kampu tarp sukryžiuotųjų — ir šviesa vėl praeina: I₀/8. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Trys poliarizatoriai

Įdėk trečią poliarizatorių 45° kampu tarp sukryžiuotųjų — ir šviesa vėl praeina: I₀/8.

Trečias poliarizatorius 45° kampu tarp sukryžiuotųjų projektuoja šviesą ant ašies, kurios nė vienas pilnai neblokuoja, leisdamas dalinį pralaidumą — kontrintuityvu, bet privaloma iš nuoseklių Maljuso daugiklių. Pikinis pralaidumas gali pasiekti I₀/8 idealiesiems lakštams.

• I₀/8 perduodama
• 45° vidurinis

Tyrimo santrauka

Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją

Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.

Pagrindinis klausimas

Du sukryžiuoti poliarizatoriai (90° skirtumu) blokuoja visą šviesą. Jei įterpsi TREČIĄ poliarizatorių tarp jų tam tikru kampu, ar dar vieno blokuojančio elemento pridėjimas leidžia DAUGIAU šviesos praeiti?

Svarstytini spėjimai

• Ne — bet kokio papildomo poliarizatoriaus pridėjimas gali tik blokuoti daugiau šviesos, niekada mažiau.
• Stebėtinai, taip — vidurinis poliarizatorius tarpiniame kampe iš tikrųjų leidžia šiek tiek šviesos grįžti, daugiau poliarizatorių paradoksiškai atkuria pralaidumą.
• Trečio poliarizatoriaus pridėjimas nieko nekeičia, jei išoriniai du vis dar sukryžiuoti.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Vidurinio poliarizatoriaus kampas (°)

Ką tu matauji:

• Perduotoji dalis

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Trijų poliarizatorių paradoksas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Išoriniai poliarizatoriai fiksuoti 0° ir 90° (sukryžiuoti); vidurinis pradeda 45°.
2. Įjunk galutinio perduotojo stiprio rodmuo.
3. Nustatyk vidurinio poliarizatoriaus kampą kiekvienam bandymui (išoriniai poliarizatoriai fiksuoti 0° ir 90°) ir užsirašyk šviesos dalį, patekusian per visus tris.

Valdančioji lygtis

Trijų poliarizatorių pralaidumas — I = I₀·cos²θ

Praėjimas per tris poliarizatorius iš eilės daugina tris faktorius: pirmojo poliarizatoriaus 50 % nepoliarizuotos šviesos pralaidumą, tada Maljuso dėsnio cos² prie kiekvieno sekančio kampo žingsnio. Vidurinis poliarizatorius tarpiniame kampe gali perduoti gerokai daugiau nei du sukryžiuoti poliarizatoriai vieni.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok perduotąją dalį kaip 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), kur pradinis 0.5 faktorius įskaito nepoliarizuotos šviesos praėjimą pirmąjį poliarizatorių, tada du Maljuso dėsnio žingsnius (0° iki θ_mid, tada θ_mid iki 90°). Palygink su lentele. Patvirtink, kad θ_mid = 45° duoda tiksliai 1/8.
• Paaiškink, kodėl vidurinis poliarizatorius ties 45° — tiksliai pusiaukelėje tarp sukryžiuotų išorinių — maksimizuoja stebinantįjį „leisk šviesai grįžti“ efektą: kiekvienas 45° žingsnis vienas perduoda cos²(45°) = 50 %, gerokai geriau nei šuolis tiesiogiai nuo 0° iki 90° (kuris perduoda 0 %).

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Šis „daugiau filtrų, daugiau pralaidumo“ efektas turi garsų kvantinės mechanikos analogą (trijų poliarizatorių eksperimentas, rodantis, kad matavimas keičia kvantinę būseną). Paaiškink, klasikinės bangos terminais, kodėl kiekvienas poliarizatorius ne tik „pasirenka“ jau esančią savo orientacijos šviesą, bet aktyviai projekteja šviesą ant savo ašies, keisdamas jos būseną.
• Kas atsitinka perduotajai daliai, vidurinio poliarizatoriaus kampui artėjant prie 0° (suderintam su pirmuoju) ar 90° (suderintam su paskutiniuoju)? Naudodamas savo formulę patikrink abu rėžius ir paaiškink fiziškai, kodėl jie turi prasmę.

• 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. Sveiki atvykę prie trijų poliarizatorių
2. Pasirink vidurinį poliarizatorių
3. Spausk Leisti
4. Vidurinis poliarizatorius praleidžia šviesą
5. Atidaryk Savybių skydą
6. Tau pavyko!

Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.

Atidaryk interaktyvią laboratoriją →

Atsisiųsti darbo lapą →

Poliarizacija ir Maljuso dėsnis