Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 105
Текст из файла (страница 105)
Придумайте опыт, который позволил бы «усилит»л действие крутящего момента и измерить вращение пластинки. (Укажите идею, оставляя в стороне подробности.) Прочтите опясание соответствующего опыта *). 8.20. Опыт. Поляризация яри рассеянии. а) Введите несколько капель молока в стеклянный кувшин с водой. Пропустите через жидкость пучок света от карманного фонаря. Смотрите на свет, рас- ') К. А. В е 1)», РЬуз.
Кеч. 50, 1!5 (1935). сеянный вмолекулами молока», Исследуйте поляризацию рассеянного света с помощью поляроида. Сделайтс это для рассеяния на 90' (угол между направлениями пучка и рассеянного света равен 90'), для рассеяния на малые углы (около 0') и на большие углы (около 180'). (3 а м е ч а н н е. Вам следует каким-то образом отметить направление асн пропускания поляроида. Зто направление можно найти, наблюдая за светом, зеркально отраженным от стекла, деревянного или пластмассового пола, окрашенной поверхности при угле падения около 45'. Такой угол достаточно близок к углу Брюстера.) б) Создайте линейную поляризацию света от вашего осветителя.
Коллямируйте свет с помощью картонного экрана так, чтобы сечение пучка было меньше площади полароида, и смотрите на рассаянный свет с различных направлений в плоскости, перпендикулярной пучку (или, наблюдая под углом в 90', вращайте поляроид). в) Изучите рис. 8.6. Определите степень поляризации с помощью следующего выражения: ! (х) — ! (у) ?( )+?(у) где ! (х) — интенсивность рассеянного света, поляризованного по х, а ! (у)— интенснвносчь рассеянного света, поляризованного по у.
Покажите, что величина Р следующим образом зависит ат угла рассеяния О (см. рис. 8.6): 1 — саз» О Р= — =. 1+сазхО ' Заметим, что Р=О прн рассеянии на 0' или !80' и Р=! при рассеянии на 90'. г) Добавьте немного молока. Пучок приобретает белу!о окраску. Наблюдай. те за поляризацией под углом 90', где она максимальна. Добавьте молока. Объясните результат. Можно лн ожидать, что свет, отраженный от белых облаков, будет полярнзован? Проверьте ваше утверждение на опыте. 8.2!. Опыт.
Поляризаиия света радуги. Паляризован ли этот свет? Вместо радуги проще исследовать искусственную радугу, созданную рассеянием света на брызгах струи фонтана или струи из садового шланга. 8.22. Лунный и земной свет. Когда Луна кажется инаноловнну полной», ее освещенная часть рассеивает солнечный свет к нашему глазу под углом, приблизительно равным 90'. Мы знаем, что при таком угле рассеяния свет голубого неба поляризован почти полностью. Можно ли думать, что свет Луны будет почти линейно поляризован? Проверьте ваше предсказание на опыте. Теперь подумайте, как анаполовину полная» Земля будет выгдядеть с Луны.
Будет ли поляризован земной свет? О т в е т. Иногда, это зависит от времени и погоды. Почему? 8.23. Пучок линейно-поляризованного света падает на пластинку И» Х, которая вращается вокруг асн пучка со скоростью юе. Покажите, что свет на выходе линейно поляризован и что направление поляризации вращается с частотой 2ма. 8.24. Опыт.
Смотрите на осветительную лампу через поляроид. Поляризоввн лн свет лампы? Теперь поместите между лампой и поляроидом кусок целлофана (или пластинку г?лд или»!»?д. Поляризован ли свет теперь? Отразите сваг лампы, например, от поверхности ножа. Поляризован ли отраженный свет? 8.28.
Опыт. Измерение пояазатглл преломления на углу Брювтера. Для опыта нам нужна лампа (ее можно закрыть картонной рамкой со щелью, чтобы уменьшить размеры источника), кусок стекла, стол, картонный ящик или чтонибудь в этом роде, чтобы вы могли фиксвровать положение глаз, и поляроид. Положите кусок стекла на стол и найдите в нем отражение лампы. (Вы увидите два отражения — одно от верхней, другое от нижней поверхности стекла. Второе отражение можно убрать, выкрасив нижнюю поверхность черной краской или просто наклеив иа нее ленточку матового скотча, которую нужно хорошо разгладить для удаления пузырьков воздуха.) Передвигая стекло по поверхности стола, менкйте угол падения света до тех пор, пока поляроид не покажет вам, что отраженный свет полностью поляризован.
Измерьте угол падения света и получите показатель преломлении по формуле Брюстера 180в=я. В этом грубом опыте 399 угол измеряется с точностью в нескольио градусов, но все же вам, возможно, удастся обнаружить различие в угле Брюстера для стекла и спокойной поверхности воды. 8.26. Опыт.
Фа»овне соотношения лри зеркольнол«отражении света от стекла. Попытаемся проверить соотношения, показанные на рис. 8.8, Кроме предметов, использованных в опыте 8.25, нам нужен еще один поляроид, который япы поместим между источником света и лежащим на столе стеклом. Ось пропускання этого полароида должна составлять угол 45' с горизонталью.
(С о в е т. Удобно сделать так; воткните угол паляронда в пластилин илн просто замазку, положив ее на предметное стекло микроскопа, поверхность которого н будет отражающей поверхностью.) Будем смотреть на поверхность стекла так, чтобы видеть источник света через первый поляроид. Предположим, что ась пропускання полароида направлена от «направо вверх» к «налево вниз». Будем менять угол падения света (передвигая по столу стекло с поляраидом или лампу) и для каждого угла произведем с помощью второго поляроида анализ поляризации отраженного света. Вы обнаружите, что,когда угол падения близок к нулю (почти нормальное падение), отраженный свет полярнзован в направлении от «налево вверх» к «направо вниз».
По мере перемещения стекла н приближения угла падешш к угту Брюстера поляризация остается линейной, но ее направление поворачивается к горизонтальному. Оно становится горизонтальным при угле Брюстерз н прада«жает свой поворот при переходе от угла Брюстера к скользящему падению, приобретая направление от «вниз налево» к «вверх направо».
Таким образом, при переходе ат нормального к скользящему падению направление поляризации поворачивается на 90", как предсказывает рнс. 8.8. (Прн нормальном падении условия отражения обеих компонент, вследствие симметрии, почти совпадают, н поэтому направление поляризации соответствует 45'. Прн скольаящем падении обе компоненты отражаются почти полностью и опять находятся в равных условиях. Поэтому поляризация снова отвечает углу в 45'.) Интересно отметить, мо поляризация прн всех углах падения остается лннеиной.
Зто значат, что между компонентами поля, лежащими в плоскости падения и перпендикулярными к ней, нет других сдвигов фаз, кроме 0' н 180'. Таким образом, прн отражении падающей волны ня«педанс оназывается чисто активным. Этого и следует ожидать при отражении от прозрачной поверхности, 8.27. Опыт. Иаиенение фазы нри отражечии от .нет«ьгла. Этот опыт похож на опыт 8.26, но вместо стекла нужно взять металл с ровной блестящей поверхностью, например пластинку безопасной бритвы, или кухонный широкий нож, или любой хромированный нли посеребренный предмет. Вам нужны два полароида и пластинка Яг«Х.
Вначале проверьте, что сает, поляризованный параллельно нли перпендикулярно плоскости падения, сохраняет свою поляризацшо после отражения. (действие поверхности в этом случае аналогично действию задерживающей пластинки на свет, полнрнзаванньш параллельна илп перпендикулярно ее осям: пластинка никак не влияет на поляризацию.) Повернем поляроид так, чтобы падающий свет оказался поляризованным под углом 45' к плоскости падения.
Установите такой угол падения, прн катаром источник света находился бы на расстоянии 30 сн от стола, а металлическая поверхность — на расстоянии примерно метра от источника. Теперь анализируйте отраженный свет с помощью полароида и пластинки Ч«Х (или с помощью кругового потярнзаторз, используемого как анализатор). Вы обнаружите эллиптическую поляризацию. Меняя угол падения, »»ажно найти место, где отраженный свет имеет почти круговую поляризацию. Если теперь немного повернуть поляризуюшнй поляроид (на 5 — !О«], приблизив его ось пропускання к вертикали, чтобы несколько увеличить параллельную номпоненту, вы сможете получить отраженный пучок, полностью поляризованный по кругу.
(Небольшой поворот необходим для компенсации того, что параллельная компонента отражается не столь же полно, как перпендикулярная компонента.) Повернув поляризующий поляроид из положения оси пропускання «вверх направо» в положение «вверх налево», вы измените спиральнасть отраженного света. Теперь дадим качественное обьяснение пашам наблюдениям. Металл является реактивной средой. Обе позяризациоиные компоненты падающего света отра- жаются почти полностью. При этом возникает сдвиг фаз, соответствующий времени, нужному, чтобы полл проникли в реактивную среду на глубину порядка длины экспоненциального ослабления и вышли обратно. Этот сдвиг фаз различен для параллельной и перпендикулярной компонент поляризации. Причина различия в следующем.
У перпендикулярной компоненты электрическое поле параллельно поверхности металла; электроны свободно движутся под действием поля параллельно поверхности таким образом, чтобы ослабить падающее излучение. Возникающее время запаздывания и сдвиг фаз связаны с инерцией электронов. Поэтому у перпендикулярной компоненты возникает определенная задержка фазы. Теперь рассмотрим параллельную компоненту. Прн почти нормальном падении поле этой компоненты почти параллельно поверхности н ведет себя поэтому подобно палю перпендикулярной компоненты, в частности, у обеих компонент будет одна и та же задержка фазы. В результате отражения, кроме задержки фазы, связанной с проникновением в металл, у обеих компонент изменится знак амплитуды.
Таким образом, после отражения поляризация «вверх направо» (если смотреть на лампу полинин глаз — металл — поляроид — лампа) становится поляризацией «вниз налево». Теперь предположим, что падающий пучок больше не близок к нормали. Тогда электрическое поле в параллельной компоненте больше не параллельно поверхности. Мы можем разложить его на составляющие, парал. лельные поверхности и перпендикулярные к ней. Поведение параллельной составляющей и испытываемое ею запаздывание фазы мы уже рассмотрели. Ко»«асиента, перпендикулярная поверхности, ведет себя совершенно иначе: заряды не могут перемешаться перпендикулярна поверхности. На ней возникает поверхностный заряд, и движение зарядов быстро прекращается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
