Paradoxen med tre polarisatorer

1 · Förutsäg

Två korsade polarisatorer (90° isär) blockerar allt ljus. Om du sätter in en TREDJE polarisator mellan dem i någon vinkel, släpper då ytterligare ett blockerande element in MER ljus?

• Nej — att lägga till ytterligare en polarisator kan bara blockera mer ljus, aldrig mindre.
• Överraskande nog, ja — en mittenpolarisator i en mellanliggande vinkel släpper faktiskt tillbaka en del ljus, fler polarisatorer återställer paradoxalt nog transmissionen.
• Att lägga till en tredje polarisator ändrar ingenting om de yttre två fortfarande är korsade.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Tre polarisatorer och tryck på Återställ. De yttre polarisatorerna är låsta till 0° och 90° (korsade); den mellersta börjar på 45°.
2. Aktivera avläsningen av slutlig transmitterad intensitet.
3. Ställ in mittenpolarisatorns vinkel för varje försök (yttre polarisatorer låsta till 0° och 90°) och notera andelen ljus som tar sig genom alla tre.

3 · Samla data

Rita transmitterad andel (y-axeln) mot mittenvinkeln (x-axeln) för dina tre försök. Är den någonsin nollskild?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök den transmitterade andelen som 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), där den inledande faktorn 0.5 står för opolariserat ljus som passerar den första polarisatorn, följt av två steg enligt Malus lag (0° till θ_mid, sedan θ_mid till 90°). Jämför med tabellen. Bekräfta att θ_mid = 45° ger exakt 1/8.
2. Förklara varför en mittenpolarisator på 45° — exakt halvvägs mellan de korsade yttre — maximerar den överraskande effekten 'släpp tillbaka ljus': varje 45°-steg ensamt transmitterar cos²(45°) = 50%, mycket bättre än att hoppa rakt från 0° till 90° (vilket transmitterar 0%).

5 · Utvidga

1. Denna effekt av 'fler filter, mer transmission' har en berömd motsvarighet i kvantmekaniken (tre-polarisator-experimentet som visar att mätning ändrar ett kvanttillstånd). Förklara, i klassiska vågtermer, varför varje polarisator inte bara 'väljer ut' redan befintligt ljus med sin egen orientering, utan aktivt projicerar ljuset på sin egen axel och därmed ändrar dess tillstånd.
2. Vad händer med den transmitterade andelen när mittenpolarisatorns vinkel närmar sig 0° (riktad som den första) eller 90° (riktad som den sista)? Använd din formel för att kontrollera båda gränserna och förklara fysikaliskt varför de är rimliga.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik