โพลาไรเซชันกับกฎของมาลุส

กฎของมาลุส

แสงเป็นคลื่นที่สั่นได้ทุกทิศข้าง ๆ ขณะเดินทาง โพลาไรซ์คือตัวกรองที่ยอมผ่านเฉพาะส่วนของคลื่นที่เรียงกับแกนตัวเอง แสงจึงหรี่ลงเมื่อมุมเพี้ยนเพิ่ม — และโพลาไรซ์สองตัวไขว้เก้าสิบองศบังแสงหมดสนิท

สูตร

I = I₀ · cos²θ

  • I — ความเข้มที่ส่งผ่าน (W/m²): ความสว่างของแสงที่ผ่านโพลาไรซ์ไปได้
  • I₀ — ความเข้มที่เข้ามา (W/m²): ความสว่างของแสงก่อนตกใส่โพลาไรซ์
  • θ — มุม (degrees): มุมระหว่างโพลาไรเซชันของแสงกับแกนโพลาไรซ์

ตัวอย่างที่แก้ไข

แสงโพลาไรซ์ความเข้ม 8 วัตต์ต่อตารางเมตร ตกใส่โพลาไรซ์ที่แกสเอียงจากทิศแสง 60 องศา แสงที่ผ่านไปสว่างเท่าใด

  • I₀ = 8 W/m²
  • θ = 60°
  1. I = I₀ · cos²θ
  2. I = 8 W/m² · cos²(60°) = 8 W/m² · 0.25

I = 2 W/m²

ทดสอบความเข้าใจของคุณ

แสง 8 วัตต์ต่อตารางเมตร เดิมตกใส่โพลาไรซ์ที่หมุน 45 องศาแทน ความเข้มที่ผ่านเท่าใด
  • คำตอบที่ถูกต้อง: 4 W/m²
  • 8 W/m²
  • 2 W/m²

ถูกต้อง! โคไซน์กำลังสองของสี่สิบห้าองศาคือครึ่งหนึ่ง ดังนั้น 8 W/m² × 0.5 = 4 W/m²

โพลาไรซ์สองตัวไขว้กัน 90 องศา แสงผ่านไม่ได้ ถ้าสอดตัวที่สามเข้าระหว่างกลาง เอียง 45 องศาจากทั้งคู่ เกิดอะไรขึ้น
  • ยังบังหมดสนิท
  • คำตอบที่ถูกต้อง: ตอนนี้มีแสงผ่านได้บ้าง
  • แสงเดิมทั้งหมดผ่าน

ถูก แต่ละขั้น 45 องศาผ่านครึ่งหนึ่ง (โคไซน์กำลังสองสี่สิบห้าองศาคือ 0.5) 0.5 คูณ 0.5 เท่ากับ 0.25 — หนึ่งในสี่ของแสงลอดผ่านแม้ตัวนอกสองตัวไขว้กัน

พบเห็นได้ที่ไหน

แว่นกันแดดโพลาไรซ์ทำให้แสงจ้าสะท้อนจากทะเลสาบหรือถนนเปียกสงบลง เพราะแสงสะท้อนถูกโพลาไรซ์อยู่บางส่วน — ในแนวนอน ซึ่งเป็นสิ่งที่เลนส์ถูกออกแบบมาบังพอดี จอ LCD คือตัวหรี่แสงจิ๋วนับล้านที่ทำจากโพลาไรซ์ และแว่นดูหนัง 3D มอบโพลาไรเซชันเป็นของตัวเองให้ตาแต่ละข้าง

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

กฎการหรี่ลงเป็น cos² ไม่ใช่ cos: ที่ 45 องศา ความเข้มไม่ได้ลดเหลือเศษส่วนบาง ๆ แต่ลดลงครึ่งหนึ่งพอดี — โคไซน์กำลังสองของ 45° เท่ากับ 0.5 ดังนั้น 8 W/m² จึงกลายเป็น 4 W/m² ความน่าประหลาดใจอันเลื่องชื่อคือตัวกรองที่สาม: โพลาไรซ์สองตัวไขว้กัน 90 องศาบังแสงได้หมดสนิท แต่การสอดตัวที่เอียง 45 องศาลงไประหว่างกลางกลับยอมให้แสงลอดผ่านอีกครั้ง เพราะแต่ละขั้นส่งผ่าน I = I₀ · cos²θ ของแสงที่มาถึง — การตัดแต่ละครั้งคือการหั่นครึ่ง ไม่ใช่การทำลายขาดสูญ

เชื่อมโยงอย่างไร

การแทรกสอดพิสูจน์ว่าแสงเป็นคลื่น; โพลาไรเซชันตรึงทิศทางของการสั่นให้แน่ชัด — สั่นข้าง ๆ ตั้งฉากกับทิศเดินทาง ซึ่งเป็นสิ่งที่คลื่นต้องมีพอดีและลำอนุภาคไม่มี มันปิดโมดูลทัศนศาสตร์เอาไว้ โดยมีกฎของมาลุสแบบครึ่งหนึ่งที่ 45 องศาทำงานเงียบ ๆ อยู่ในเลนส์แว่นกันแดดและพิกเซล LCD ทุกชิ้นที่คุณมีอยู่

ลองการจำลองแบบโต้ตอบ

แนวคิดที่เกี่ยวข้อง