Phân Cực & Định Luật Malus
Định Luật Malus
Ánh sáng là một sóng có thể dao động theo bất kỳ hướng ngang nào khi nó truyền đi. Một bộ phân cực là một bộ lọc chỉ cho phần sóng thẳng hàng với trục của chính nó đi qua, nên ánh sáng mờ dần khi góc lệch tăng lên — và hai bộ phân cực bắt chéo nhau ở chín mươi độ chặn hoàn toàn ánh sáng.
Công thức
I = I₀ · cos²θ
- I — cường độ truyền qua (W/m²): độ sáng của ánh sáng đi qua được bộ phân cực
- I₀ — cường độ tới (W/m²): độ sáng của ánh sáng trước khi nó chạm vào bộ phân cực
- θ — góc (degrees): góc giữa phân cực của ánh sáng và trục của bộ phân cực
Ví dụ đã giải
Ánh sáng phân cực với cường độ 8 watt trên mét vuông chạm vào một bộ phân cực có trục xoay 60 độ so với hướng ánh sáng. Ánh sáng đi qua sáng đến mức nào?
- I₀ = 8 W/m²
- θ = 60°
- I = I₀ · cos²θ
- I = 8 W/m² · cos²(60°) = 8 W/m² · 0.25
I = 2 W/m²
Tự kiểm tra
Cùng ánh sáng 8 watt trên mét vuông giờ chạm vào một bộ phân cực xoay 45 độ thay vào đó. Cường độ nào đi qua?
- Đáp án đúng: 4 W/m²
- 8 W/m²
- 2 W/m²
Đúng! Cos bình phương của bốn mươi lăm độ là một nửa, nên 8 W/m² × 0,5 = 4 W/m².
Hai bộ phân cực bắt chéo nhau ở 90 độ, nên không có ánh sáng nào đi qua. Nếu bạn trượt một bộ phân cực thứ ba vào giữa, nghiêng 45 độ so với cả hai, điều gì xảy ra?
- Vẫn bị chặn hoàn toàn
- Đáp án đúng: Giờ có một ít ánh sáng đi qua
- Toàn bộ ánh sáng ban đầu đi qua
Đúng! Mỗi giai đoạn 45 độ cho một nửa ánh sáng đi qua (cos bình phương bốn mươi lăm độ là 0,5), nên 0,5 nhân 0,5 bằng 0,25 — một phần tư ánh sáng lọt qua dù hai bộ lọc ngoài bị bắt chéo.
Bạn thấy điều này ở đâu
Kính râm phân cực làm dịu vệt chói lóa từ mặt hồ hay con đường ướt vì ánh sáng phản xạ bị phân cực một phần — theo phương ngang, đúng thứ mà các thấu kính được chế tạo để chặn. Một màn hình LCD là hàng triệu bộ chỉnh độ sáng tí hon làm từ các bộ phân cực, còn kính xem phim 3D trao cho mỗi mắt một phân cực riêng.
Những sai lầm phổ biến
Định luật làm mờ là cos² chứ không phải cos: ở 45 độ, cường độ không hề giảm xuống một tỉ lệ nhẹ nhàng nào mà giảm đúng một nửa — cos² của 45° là 0.5, nên 8 W/m² trở thành 4 W/m². Cái bất ngờ nổi tiếng là bộ lọc thứ ba: hai bộ phân cực bắt chéo nhau ở 90 độ chặn sạch mọi ánh sáng, vậy mà trượt thêm một bộ nghiêng 45 độ vào giữa chúng thì ánh sáng lại đi qua được, vì mỗi tầng truyền đi I = I₀ · cos²θ phần ánh sáng tới — mỗi lần cắt là một lần giảm một nửa, không phải một sự triệt tiêu hoàn toàn.
Nó liên kết như thế nào
Giao thoa đã chứng minh ánh sáng là một sóng; phân cực ghim chặt phương của dao động — nằm ngang, vuông góc với hướng truyền, đúng là điều một sóng cần có mà một dòng hạt lại thiếu. Nó khép lại chuyên đề quang học, với định luật một nửa ở 45 độ của Malus lặng lẽ vận hành bên trong từng thấu kính kính râm và từng điểm ảnh LCD mà bạn đang sở hữu.