Hari ini kami akan mengungkapkan esensi dari sifat gelombang cahaya dan fenomena "derajat polarisasi" yang terkait dengan fakta ini.
Kemampuan melihat dan cahaya
Sifat cahaya dan kemampuan melihat yang terkait dengannya telah lama mengkhawatirkan pikiran manusia. Orang Yunani kuno, mencoba menjelaskan penglihatan, berasumsi: apakah mata memancarkan "sinar" tertentu yang "merasakan" benda-benda di sekitarnya dan dengan demikian memberi tahu orang itu tentang penampilan dan bentuknya, atau benda-benda itu sendiri memancarkan sesuatu yang ditangkap orang dan menilai bagaimana semuanya bekerja. Teori ternyata jauh dari kebenaran: makhluk hidup melihat berkat cahaya yang dipantulkan. Dari menyadari fakta ini hingga dapat menghitung berapa derajat polarisasi, tinggal satu langkah lagi - untuk memahami bahwa cahaya adalah gelombang.
Cahaya adalah gelombang
Dengan studi yang lebih rinci tentang cahaya, ternyata tanpa gangguan, ia merambat dalam garis lurus dan tidak berbelok ke mana pun. Jika penghalang buram menghalangi sinar, maka bayangan terbentuk, dan ke mana cahaya itu sendiri pergi, orang tidak tertarik. Tetapi segera setelah radiasi bertabrakan dengan media transparan, hal-hal menakjubkan terjadi: sinar berubah arahmenyebar dan redup. Pada tahun 1678, H. Huygens menyarankan bahwa ini dapat dijelaskan dengan satu fakta: cahaya adalah gelombang. Ilmuwan membentuk prinsip Huygens, yang kemudian dilengkapi dengan Fresnel. Berkat apa yang orang-orang ketahui saat ini bagaimana menentukan tingkat polarisasi.
Prinsip Huygens-Fresnel
Menurut prinsip ini, setiap titik medium yang dicapai oleh muka gelombang merupakan sumber radiasi koheren sekunder, dan selubung semua muka titik-titik ini bertindak sebagai muka gelombang pada saat berikutnya. Jadi, jika cahaya merambat tanpa interferensi, pada setiap momen berikutnya muka gelombang akan sama dengan yang sebelumnya. Tetapi begitu berkas itu menemui rintangan, faktor lain ikut berperan: di media yang berbeda, cahaya merambat pada kecepatan yang berbeda. Dengan demikian, foton yang berhasil mencapai medium lain lebih dulu akan merambat di dalamnya lebih cepat daripada foton terakhir dari pancaran. Oleh karena itu, muka gelombang akan miring. Tingkat polarisasi belum ada hubungannya dengan itu, tetapi itu hanya perlu untuk sepenuhnya memahami fenomena ini.
Waktu proses
Harus dikatakan secara terpisah bahwa semua perubahan ini terjadi sangat cepat. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah tiga ratus ribu kilometer per detik. Media apa pun memperlambat cahaya, tetapi tidak terlalu banyak. Waktu di mana muka gelombang terdistorsi ketika berpindah dari satu medium ke medium lain (misalnya, dari udara ke air) sangat singkat. Mata manusia tidak dapat melihat ini, dan hanya sedikit perangkat yang mampu memperbaiki kekurangan tersebutproses. Jadi, ada baiknya memahami fenomena tersebut secara teoretis murni. Sekarang, menyadari sepenuhnya apa itu radiasi, pembaca ingin memahami bagaimana menemukan derajat polarisasi cahaya? Jangan menipu harapannya.
Polarisasi cahaya
Kami telah menyebutkan di atas bahwa foton cahaya memiliki kecepatan yang berbeda di media yang berbeda. Karena cahaya adalah gelombang elektromagnetik transversal (bukan kondensasi dan penghalusan medium), cahaya memiliki dua karakteristik utama:
- vektor gelombang;
- amplitudo (juga besaran vektor).
Karakteristik pertama menunjukkan ke mana berkas cahaya diarahkan, dan vektor polarisasi muncul, yaitu, ke arah mana vektor kuat medan listrik diarahkan. Hal ini memungkinkan untuk memutar di sekitar vektor gelombang. Cahaya alami, seperti yang dipancarkan oleh matahari, tidak memiliki polarisasi. Osilasi didistribusikan ke segala arah dengan probabilitas yang sama, tidak ada arah atau pola yang dipilih di mana ujung vektor gelombang berosilasi.
Jenis cahaya terpolarisasi
Sebelum mempelajari cara menghitung rumus derajat polarisasi dan membuat perhitungan, Anda harus memahami jenis cahaya terpolarisasi.
- polarisasi elips. Ujung vektor gelombang cahaya tersebut menggambarkan elips.
- polarisasi linier. Ini adalah kasus khusus dari opsi pertama. Sesuai dengan namanya, gambarnya satu arah.
- Polarisasi melingkar. Dengan cara lain, ini juga disebut lingkaran.
Setiap cahaya alami dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua elemen terpolarisasi yang saling tegak lurus. Perlu diingat bahwa dua gelombang terpolarisasi tegak lurus tidak berinteraksi. Interferensi mereka tidak mungkin, karena dari sudut pandang interaksi amplitudo, mereka tampaknya tidak ada satu sama lain. Ketika mereka bertemu, mereka hanya lewat tanpa berubah.
Cahaya terpolarisasi sebagian
Penerapan efek polarisasi sangat besar. Dengan mengarahkan cahaya alami pada suatu objek, dan menerima cahaya terpolarisasi sebagian, para ilmuwan dapat menilai sifat-sifat permukaan. Tetapi bagaimana cara menentukan derajat polarisasi cahaya terpolarisasi sebagian?
Ada rumus untuk N. A. Umov:
P=(Sayalan-sayapar)/(Sayalan+Saya par), di mana Itrans adalah intensitas cahaya pada arah tegak lurus bidang polarizer atau permukaan reflektif, dan I par- paralel. Nilai P dapat mengambil nilai dari 0 (untuk cahaya alami tanpa polarisasi apa pun) hingga 1 (untuk radiasi terpolarisasi bidang).
Dapatkah cahaya alami terpolarisasi?
Pertanyaannya aneh pada pandangan pertama. Lagi pula, radiasi di mana tidak ada arah yang jelas biasanya disebut alami. Namun, bagi penghuni permukaan bumi, ini dalam beberapa hal merupakan perkiraan. Matahari memberikan aliran gelombang elektromagnetik dengan berbagai panjang. Radiasi ini tidak terpolarisasi. Tapi lewatmelalui lapisan atmosfer yang tebal, radiasi memperoleh sedikit polarisasi. Jadi derajat polarisasi cahaya alami umumnya tidak nol. Namun nilainya sangat kecil sehingga sering diabaikan. Ini diperhitungkan hanya dalam kasus perhitungan astronomi yang tepat, di mana kesalahan sekecil apa pun dapat menambahkan tahun ke bintang atau jarak ke sistem kita.
Mengapa cahaya terpolarisasi?
Kita telah sering mengatakan di atas bahwa foton berperilaku berbeda di media yang berbeda. Tapi mereka tidak menyebutkan alasannya. Jawabannya tergantung pada jenis lingkungan yang kita bicarakan, dengan kata lain, dalam keadaan agregat apa.
- Media adalah benda kristal dengan struktur periodik yang ketat. Biasanya struktur zat semacam itu direpresentasikan sebagai kisi dengan bola tetap - ion. Tetapi secara umum, ini tidak sepenuhnya akurat. Pendekatan seperti itu sering dibenarkan, tetapi tidak dalam kasus interaksi kristal dan radiasi elektromagnetik. Faktanya, setiap ion berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya, dan tidak secara acak, tetapi sesuai dengan tetangganya, pada jarak berapa dan berapa banyak. Karena semua getaran ini diprogram secara ketat oleh media yang kaku, ion ini mampu memancarkan foton yang diserap hanya dalam bentuk yang ditentukan secara ketat. Fakta ini memunculkan fakta lain: apa yang akan menjadi polarisasi foton yang keluar tergantung pada arah masuknya ke dalam kristal. Ini disebut properti anisotropi.
- Rabu - cair. Di sini jawabannya lebih rumit, karena ada dua faktor yang bekerja - kompleksitas molekul danfluktuasi (kondensasi-rarefaction) kepadatan. Dalam dirinya sendiri, molekul organik panjang yang kompleks memiliki struktur tertentu. Bahkan molekul paling sederhana dari asam sulfat bukanlah gumpalan bola yang kacau, tetapi bentuk salib yang sangat spesifik. Hal lain adalah bahwa dalam kondisi normal mereka semua diatur secara acak. Namun, faktor kedua (fluktuasi) mampu menciptakan kondisi di mana sejumlah kecil molekul membentuk sesuatu dalam volume kecil seperti struktur sementara. Dalam hal ini, baik semua molekul akan diarahkan bersama, atau mereka akan ditempatkan relatif satu sama lain pada beberapa sudut tertentu. Jika cahaya pada saat ini melewati bagian cairan seperti itu, ia akan memperoleh polarisasi parsial. Ini mengarah pada kesimpulan bahwa suhu sangat mempengaruhi polarisasi cairan: semakin tinggi suhu, semakin serius turbulensi, dan semakin banyak area seperti itu akan terbentuk. Kesimpulan terakhir ada berkat teori pengaturan diri.
- Rabu - bensin. Dalam kasus gas homogen, polarisasi terjadi karena fluktuasi. Itulah sebabnya cahaya alami Matahari, yang melewati atmosfer, memperoleh polarisasi kecil. Dan itulah mengapa warna langit menjadi biru: ukuran rata-rata elemen yang dipadatkan sedemikian rupa sehingga radiasi elektromagnetik biru dan ungu tersebar. Tetapi jika kita berurusan dengan campuran gas, maka jauh lebih sulit untuk menghitung tingkat polarisasi. Masalah-masalah ini sering dipecahkan oleh para astronom yang mempelajari cahaya bintang yang telah melewati awan molekul gas yang padat. Oleh karena itu, sangat sulit dan menarik untuk mempelajari galaksi dan gugus yang jauh. Tetapipara astronom menghadapi dan memberikan foto luar angkasa yang menakjubkan kepada orang-orang.
