Trepolarisator-paradokset

1 · Prediker

To kryssede polarisatorer (90° fra hverandre) blokkerer alt lys. Hvis du setter inn en TREDJE polarisator mellom dem i en viss vinkel, lar tillegget av et annet blokkerende element MER lys gjennom?

• Nei — å legge til en ytterligere polarisator kan bare blokkere mer lys, aldri mindre.
• Overraskende nok, ja — en midtpolarisator i en mellomliggende vinkel lar faktisk noe lys tilbake gjennom, flere polarisatorer gjenoppretter paradoksalt nok transmisjonen.
• Å legge til en tredje polarisator endrer ingenting hvis de ytterste to fortsatt er kryssede.

2 · Oppsett

1. Åpne tre-polarisatorer-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Ytre polarisatorer er faste ved 0° og 90° (krysset); den midtre starter ved 45°.
2. Aktiver slutt-transmittert-intensitet-avlesningen.
3. Sett midtpolarisatorens vinkel for hvert forsøk (ytre polarisatorer faste ved 0° og 90°) og registrer fraksjonen av lys som klarer seg gjennom alle tre.

3 · Samle inn data

Plott transmittert fraksjon (y-akse) mot midtvinkel (x-akse) for dine tre forsøk. Er den noensinne ikke-null?

4 · Analyser

1. For ett forsøk, beregn den transmitterte fraksjonen som 0,5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), der den innledende 0,5-faktoren tar hensyn til upolarisert lys som passerer den første polarisatoren, og deretter to Malus-lov-trinn (0° til θ_mid, deretter θ_mid til 90°). Sammenlign med tabellen. Bekreft at θ_mid = 45° gir nøyaktig 1/8.
2. Forklar hvorfor en midtpolarisator ved 45° — nøyaktig halvveis mellom de kryssede ytre — maksimerer den overraskende «la lys tilbake gjennom»-effekten: hvert 45°-trinn alene transmitterer cos²(45°) = 50 %, mye bedre enn å hoppe rett fra 0° til 90° (som transmitterer 0 %).

5 · Utvid

1. Denne «flere filtre, mer transmisjon»-effekten har en berømt kvantemekanisk analog (trepolarisator-eksperimentet som demonstrerer at måling endrer en kvantetilstand). Forklar, i klassiske bølgeuttrykk, hvorfor hver polarisator ikke bare «velger» forhåndseksisterende lys av sin egen orientering, men aktivt projiserer lyset på sin egen akse, og endrer tilstanden dets.
2. Hva skjer med den transmitterte fraksjonen etter hvert som midtpolarisatorens vinkel nærmer seg 0° (justert med den første) eller 90° (justert med den siste)? Bruk formelen din til å sjekke begge grensene og forklar fysisk hvorfor de gir mening.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark