Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса

Содержание

1. Цель работы……………………………………………………………4

2. Теоретическая часть…………………………………………………..4

2.1. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса…………...4

2.2. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений…8

3. Описание установки………………………………………………….12

4. Требование по технике безопасности………………………………13

5. Порядок выполнения работы………………………………………..13

Задание 1. Проверка закона Малюса…………………………………..13

Задание 2. Изучение внутренних напряжений

в прозрачной балке методом фотоупругости…………………………14

6. Требования к отчету………………………………………………….15

7. Контрольные вопросы………………………………………………..16

Список литературы…………………………………………………..16

Лабораторная работа № 66

Изучение поляризованного света и внутренних напряжений в твердых телах оптическим методом

Цель работы

Экспериментальная проверка закона Малюса и изучение механических напряжений в деформированной балке из оргстекла поляризационно – оптическим методом.

Теоретическая часть

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса

Из электромагнитной теории света вытекает, что световые волны поперечны. Векторы и напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны и лежат в плоскостях, перпендикулярных вектору скорости распространения волны (рис.2.1).

Световая волна, исходящая от светящего тела, имеет сложную природу и представляет собой наложение огромного количества волн, испускаемых отдельными атомами (молекулами) светящегося тела. Атомы излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому направления световых колебаний в таких волнах не связаны друг с другом. Свет, в котором в каждый момент времени векторы , , хотя и остаются взаимно перпендикулярными, но направления векторов и беспорядочно меняются с течением времени, называются естественным (рис.2.2, а, луч распространяется перпендикулярно плоскости рисунка).

Свет, в котором направления колебаний вектора (или ) каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят в одной плоскости, свет называют плоскополяризованным (или линейнополяризованным) (рис.2.2, б). Если колебания светового вектора происходят преимущественно в одном направлении, то такой свет называют частично поляризованным (рис.2.2, в). Естественные источники света излучают волны неполяризованные. При взаимодействии света с веществом основное действие оказывает электрическая составляющая электромагнитного поля световой волны (электрические взаимодействия сильнее магнитных). Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только вектор , плоскость колебаний которого и принимают за плоскость поляризации света. Существует много способов поляризации света, основанных на поляризации света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков, дихроизме и двойном лучепреломлении. Устройства, используемые при этом, называются поляризаторами. Те же самые приборы, применяемые для исследования поляризованного света, называют анализаторами. Эти устройства свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью пропускания, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.

При падении естественного света на поляризатор П из последнего выходит поляризованный луч, интенсивность которого равна половине начальной.

Если на пути плоскополяризованного света поставить анализатор так, чтобы плоскости пропускания поляризатора и анализатора были параллельны (рис.2.3, а) друг другу, то поляризованный свет пройдет через анализатор, почти не снижая своей интенсивности. Если же плоскости пропускания анализатора и поляризатора перпендикулярны друг другу (рис.2.3, б), то анализатор полностью погасит падающий на него поляризованный свет. В этом случае говорят, что анализатор и поляризатор скрещены. В промежуточных случаях интенсивность света, прошедшего через систему, будет зависеть от взаимной ориентации плоскостей пропускания анализатора и поляризатора (рис.2.4).

Пусть естественный свет от источника S распространяется вдоль оси х. Интенсивность света, прошедшего через поляризатор J₀ ~ а₀², где а₀ – амплитуда вектора напряженности электрического поля световой волны. Интенсивность света, прошедшего через анализатор J ~ ², где – составляющая амплитуды напряженности электрического поля световой волны, параллельная плоскости пропускания анализатора

= а₀ cos α,

α – угол между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора. Составляющая не проходит через анализатор. Следовательно

. (2.1)

Уравнение (2.1) выражает закон Малюса.

Поляризованный свет широко используется в различных устройствах, предназначенных для научных и технических целей (минералогия, строительные механизмы, сахариметрия, дефектоскопия и т.д.).