Optika

Trīs polarizātoru paradokss

Iespraudz trešo polarizatoru pie 45° starp šķērsiem, un gaisma atkal tiek cauri — I₀/8.

Trīs polarizātoru paradokss — interaktīva Optika simulācija. Iespraudz trešo polarizatoru pie 45° starp šķērsiem, un gaisma atkal tiek cauri — I₀/8. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Trīs polarizātori

Iesprauž trešo polarizatoru pie 45° starp šķērsiem, un gaisma atkal tiek cauri — I₀/8.

Trešā polarizātora iespraušana 45° starp šķērsiem projicē gaismu uz ass, ko neviens pilnīgi nebloķē, ļaujot daļēju caurlaišanu — pretintuīcīvi, bet nepieciešami secīgu Maljusa reizinātāju dēļ. Maksimālā transmisija ideālām plēmēm var sasniegt I₀/8.

• I₀/8 caurlaists
• 45° vidū

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Divi šķērsi polarizātori (90° viens no otra) bloķē visu gaismu. Ja tu iespraudīsi TREŠO polarizātoru starp tiem ar kādu leņķi, vai vēl viena bloķējoša elementa pievienošana laiž VAIRĀK gaismas cauri?

Prognozes, ko svērt

• Nē — jebkura papildu polarizātora pievienošana var tikai bloķēt vairāk gaismas, nekad mazāk.
• Pārsteidzoši, jā — vidējais polarizātors starpleņķī patiesībā laiž kādu gaismu atpakaļ cauri, vairāk polarizātoru paradoksāli atjaunojot transmisiju.
• Trešā polarizātora pievienošana neko nemaina, ja ārējie divi joprojām ir šķērsi.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Vidējā polarizātora leņķis (°)

Ko tu mēri:

• Caurlaistā daļa

Kā izpēte norit

1. Atver trīs polarizātoru eksperimentu un nospied Atiestatīt. Ārējie polarizātori ir fiksēti 0° un 90° (šķērsi); vidējais sākas 45°.
2. Ieslēdz gala caurlaistās intensitātes rādījumu.
3. Iestati vidējā polarizātora leņķi katram mēģinājumam (ārējie fiksēti 0° un 90°) un ieraksti gaismas daļu, kas nokļūst cauri visiem trim.

Noteicošais vienādojums

Trīs polarizātoru transmisija — I = I₀·cos²θ

Iziešana cauri trim polarizātoriem secībā reizina trīs faktorus: pirmā polarizātora 50% caurlaidei nepolarizētai gaismai, tad Maljusa likums cos² pie katra nākamā leņķa soļa. Vidējais polarizātors starpleņķī var laist cauri daudz vairāk nekā divi šķērsi polarizātori vieni.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini caurlaisto daļu kā 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), kur sākotnējais 0.5 faktors aprēķina nepolarizētai gaismai iziemošanai caur pirmo polarizātoru, tad divi Maljusa likuma soļi (0° uz θ_mid, tad θ_mid uz 90°). Salīdzini ar tabulu. Apstiprini, ka θ_mid = 45° dod tieši 1/8.
• Izskaidro, kāpēc vidējais polarizātors 45° — tieši pa vidu starp šķērsajiem ārējiem — maksimizē pārsteidzošo „laiž gaismu atpakaļ cauri” efektu: katrs 45° solis viens pats laiž cauri cos²(45°) = 50%, daudz labāk nekā lecot tieši no 0° uz 90° (kas laiž cauri 0%).

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Šim „vairāk filtru, vairāk transmisijas” efektam ir slavens kvantu mehānikas analogs (trīs polarizātoru eksperiments, demonstrējot, ka mērīšana maina kvantu stāvokli). Izskaidro, klasiskās viļņu terminos, kāpēc katrs polarizātors ne vienkārši „izvēlas” jau esošu gaismu savā orientācijā, bet aktīvi projicē gaismu uz savu asi, mainot tās stāvokli.
• Kas notiek ar caurlaisto daļu, vidējā polarizātora leņķim tuvojoties 0° (savienots ar pirmo) vai 90° (savienots ar pēdējo)? Izmanto savu formulu, lai pārbaudītu abas robežas, un izskaidro fizikāli, kāpēc tām ir jēga.

• 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. Sveicināts triju polarizātoru eksperimentā
2. Atlasīts vidējo polarizātoru
3. Nospied „Atskaņot”
4. Vidējais polarizātors lai gaismu cauri
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Polarizācija un Maljusa likums