Optika

Paradox troch polarizátorov

Vlož tretí polarizátor pod 45° medzi krížené a svetlo sa znova dostane cez — I₀/8.

Paradox troch polarizátorov — interaktívna simulácia Optika. Vlož tretí polarizátor pod 45° medzi krížené a svetlo sa znova dostane cez — I₀/8. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Tri polarizátory

Vlož tretí polarizátor na 45° medzi skrížené a svetlo sa znova dostane cez — I₀/8.

Vloženie tretieho polarizátora na 45° medzi skrížené premietne svetlo na os, ktorú žiadny plne neblokuje, čím umožní čiastočný prenos — neintuitívne, ale vyžadované po sebe idúcimi Malusovými činiteľmi. Maximálny prenos môže dosiahnuť I₀/8 pre ideálne fólie.

I₀/8 prenesené
45° v strede

Prehľad skúmania

Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória

Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.

Hlavná otázka

Dva skrížené polarizátory (90° od seba) blokujú všetko svetlo. Keď medzi ne vložíš TRETÍ polarizátor v nejakom uhle, dovoľuje pridanie ďalšieho blokujúceho prvku prejsť VIAC svetla?

Predikcie na zváženie

Nie — pridanie akéhokoľvek ďalšieho polarizátora môže len blokovať viac svetla, nikdy menej.
Prekvapivo áno — stredný polarizátor v priemernom uhle naozaj pustí trochu svetla späť, viac polarizátorov paradoxne obnovuje prenos.
Pridanie tretieho polarizátora nič nezmení, ak vonkajšie dva sú stále skrížené.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

Uhol stredného polarizátora (°)

Čo meriaš:

Prenesený podiel

Ako skúmanie prebieha

Otvor predvolbu tri polarizátory a stlač Resetovať. Vonkajšie polarizátory sú pevne na 0° a 90° (skrížené); stredný štartuje na 45°.
Zapni odčítanie konečnej prenesenej intenzity.
Nastav uhol stredného polarizátora pre každý pokus (vonkajšie pevne na 0° a 90°) a zaznamenaj podiel svetla, ktorý prejde všetkými tromi.

Riadiaca rovnica

Prenos troch polarizátorov — I = I₀·cos²θ

Prechod cez tri polarizátory v poradí násobí tri činitele: 50 % priechod nepolarizovaného svetla prvým polarizátorom, potom Malusov zákon cos² na každom nasledujúcom uhlovom kroku. Stredný polarizátor v priemernom uhle môže preniesť omnoho viac než dva skrížené polarizátory samy.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

Pre jeden pokus vypočítaj prenesený podiel ako 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), kde počiatočný činiteľ 0.5 zohľadňuje nepolarizované svetlo prechádzajúce prvým polarizátorom, potom dva kroky Malusovho zákona (0° na θ_mid, potom θ_mid na 90°). Porovnaj s tabuľkou. Potvrď, že θ_mid = 45° dáva presne 1/8.
Vysvetli, prečo stredný polarizátor na 45° — presne v polovici medzi skríženými vonkajšími — maximalizuje prekvapivý efekt „pustiť svetlo späť“: každý krok 45° sám prenese cos²(45°) = 50 %, oveľa lepšie než skok priamo z 0° na 90° (ktorý prenese 0 %).

Kde sa to objavuje mimo laboratória

Tento efekt „viac filtrov, viac prenosu“ má slávny kvantovomechanický analóg (experiment troch polarizátorov demonštrujúci, že meranie mení kvantový stav). Vysvetli v klasických vlnových termínoch, prečo každý polarizátor len „nevyberá“ existujúce svetlo svojej vlastnej orientácie, ale aktívne premieta svetlo na svoju vlastnú os, meniac jeho stav.
Čo sa stane s preneseným podielom, keď uhol stredného polarizátora sa približuje 0° (zarovnaný s prvým) alebo 90° (zarovnaný s posledným)? Použi svoj vzorec na skontrolovanie oboch limitov a vysvetli fyzikálne, prečo dávajú zmysel.

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

Vitaj pri troch polarizátoroch
Vyber stredný polarizátor
Stlač Prehrať
Stredný polarizátor prepúšťa svetlo
Otvor panel Vlastnosti
Zvládol si to!

Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.

Otvoriť interaktívne laboratórium →

Stiahnuť pracovný list →

Polarizácia a Malusov zákon

Optika