Prawo Malusa: dwa polaryzatory pod kątem
1 · Prognoza
Światło przechodzi przez jeden polaryzator, potem drugi pod pewnym kątem do pierwszego. Czy transmitowane natężenie zależy gładko od kąta między osiami dwóch polaryzatorów?
- Natężenie transmitowane maleje liniowo z kątem.
- Światło albo przechodzi całkowicie, albo jest całkowicie zablokowane — bez gładkiego przejścia.
- Tak — natężenie transmitowane podąża za cos² kąta między osiami, osiągając zero dokładnie przy 90° (polaryzatory „skrzyżowane”).
2 · Przygotowanie
- Otwórz preset crossed-polarizers i naciśnij Reset. Osie dwóch polaryzatorów są ustawione 90° od siebie (w pełni skrzyżowane — brak transmitowanego światła).
- Włącz odczyt transmitowanego natężenia.
- Ustaw kąt między osiami dwóch polaryzatorów dla każdej próby i zapisz ułamek światła transmitowanego przez drugi.
3 · Zbieranie danych
| Kąt między osiami Δθ (°) | Ułamek transmitowany (przez P2) |
|---|---|
| 0.00 | |
| 45.00 | |
| 90.00 |
Narysuj ułamek transmitowany (oś y) względem Δθ (oś x) dla trzech prób. Gdzie dokładnie osiąga zero?
4 · Analiza
- Dla jednej próby oblicz ułamek transmitowany przez drugi polaryzator jako 0.5·cos²(Δθ) — 0.5 to strata połowy natężenia niespolaryzowanego źródła na pierwszym polaryzatorze, a cos²(Δθ) to prawo Malusa na drugim. Porównaj z tabelą.
- Wyjaśnij, dlaczego ułamek transmitowany przez P2 zależy tylko od KĄTA MIĘDZY osiami, a nie od ich bezwzględnej orientacji — i dlaczego dokładnie 90° („skrzyżowane”) daje zerową transmisję.
5 · Rozszerzenie
- Polaryzacyjne okulary przeciwsłoneczne blokują poziomo spolaryzowany olśnienie (jak odbicia od wody czy dróg), ustawiając oś polaryzacyjną pionowo. Wyjaśnij, prawem Malusa, dlaczego przechylenie głowy w bok w polaryzacyjnych okularach może nagle przywrócić olśnienie.
- Ekrany LCD używają skrzyżowanych polaryzatorów z warstwą ciekłego kryształu między nimi, która na żądanie obraca polaryzację światła, sterując, ile światła przechodzi przez każdy piksel. Wyjaśnij, dlaczego polaryzatory „skrzyżowane” (a nie równoległe) to naturalny domyślny stan „wyłączony” piksela.
Fizyka tego eksperymentu
Prawo Malusa
Światło już spolaryzowane wzdłuż jednej osi, przechodząc przez drugi polaryzator pod kątem Δθ do pierwszego, transmituje ułamek cos²(Δθ) swojej intensywności. Przy Δθ = 90° („skrzyżowane”) transmisja spada dokładnie do zera.