Paradox troch polarizátorov

1 · Predikuj

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?

• 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.

2 · Priprav

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

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj prenesený podiel (os y) verzus uhol stredného (os x) pre svoje tri pokusy. Je niekedy nenulový?

4 · Analyzuj

1. 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.
2. 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 %).

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky