Është e vështirë të veçosh se kush ishte i pari që zbuloi dritën e polarizuar. Njerëzit e lashtë mund të dallonin një vend të veçantë duke parë qiellin në drejtime të caktuara. Polarizimi ka shumë veçori, manifestohet në fusha të ndryshme të jetës dhe sot është objekt i kërkimit dhe aplikimit masiv, arsyeja për gjithçka është ligji i Malusit.
Zbulimi i dritës së polarizuar
Vikingët mund të kenë përdorur polarizimin e qiellit për të lundruar. Edhe sikur të mos e bënin, ata padyshim gjetën Islandën dhe gurin e mrekullueshëm të kalcitit. Spari islandez (kalciti) ishte i njohur edhe në kohën e tyre, janë banorët e Islandës që ai u detyrohet emrit të tij. Minerali dikur përdorej në lundrim për shkak të vetive unike optike. Ai luajti një rol të madh në zbulimin modern të polarizimit dhe vazhdon të jetë materiali i zgjedhur për ndarjen e komponentëve të polarizimit të dritës.
Në vitin 1669, matematikani danez nga Universiteti i Kopenhagës, Erasmus Bartholinus, jo vetëm që pa një dritë të dyfishtë, por kreu edhe disa eksperimente, duke shkruar një kujtim prej 60 faqesh. Kjo ështëishte përshkrimi i parë shkencor i efektit të polarizimit dhe autori mund të konsiderohet zbuluesi i kësaj vepre të mahnitshme të dritës.
Christian Huygens zhvilloi teorinë e valës pulsuese të dritës, të cilën e botoi në vitin 1690 në librin e tij të famshëm Traite de la Lumiere. Në të njëjtën kohë, Isaac Newton avancoi teorinë korpuskulare të dritës në librin e tij Opticks (1704). Në fund, të dyja ishin të drejta dhe të gabuara, pasi drita ka një natyrë të dyfishtë (valë dhe grimcë). Megjithatë, Huygens ishte më afër të kuptuarit modern të procesit.
Në 1801, Thomas Young bëri eksperimentin e famshëm të ndërhyrjes me çarje të dyfishtë. Është vërtetuar se drita sillet si valë, dhe mbivendosja e valëve mund të çojë në errësirë (ndërhyrje shkatërruese). Ai përdori teorinë e tij për të shpjeguar gjëra të tilla si unazat e Njutonit dhe harqet e mbinatyrshme të ylberit. Një përparim në shkencë erdhi disa vite më vonë kur Jung tregoi se polarizimi është për shkak të natyrës së valës tërthore të dritës.
I riu Etienne Louis Malus jetoi në një epokë të trazuar - gjatë Revolucionit Francez dhe mbretërimit të terrorit. Ai mori pjesë me ushtrinë e Napoleonit në pushtimin e Egjiptit, si dhe Palestinës dhe Sirisë, ku u prek nga murtaja që e vrau disa vite më vonë. Por ai arriti të japë një kontribut të rëndësishëm në kuptimin e polarizimit. Ligji i Malus-it, i cili parashikonte intensitetin e dritës së transmetuar përmes një polarizuesi, është bërë një nga më të njohurit në shekullin e 21-të kur krijoi ekrane me kristal të lëngshëm.
Sir David Brewster, shkrimtar i njohur shkencor, studioi lëndë të fizikës optike si dikroizmi dhe spektrithithjen, si dhe subjekte më të njohura si fotografia stereo. Fraza e famshme e Brewster është e njohur: "Gjithçka është transparente përveç xhamit".
Ai dha gjithashtu një kontribut të paçmuar në studimin e dritës:
- Ligji që përshkruan "këndin e polarizimit".
- Shpikja e kaleidoskopit.
Brewster përsëriti eksperimentet e Malus për shumë gurë të çmuar dhe materiale të tjera, duke zbuluar një anomali në xhami dhe zbuloi ligjin - "Këndi i Brewster". Sipas tij, "…kur rrezja është e polarizuar, rrezja e reflektuar formon një kënd të drejtë me rrezen e thyer."
Ligji i polarizimit të Malus
Para se të flasim për polarizimin, së pari duhet të kujtojmë dritën. Drita është një valë, megjithëse ndonjëherë është një grimcë. Por në çdo rast, polarizimi ka kuptim nëse e mendojmë dritën si një valë, si një vijë, ndërsa ajo udhëton nga llamba te sytë. Shumica e dritës është një rrëmujë e përzier valësh drite që dridhen në të gjitha drejtimet. Ky drejtim i lëkundjes quhet polarizimi i dritës. Polarizuesi është pajisja që pastron këtë rrëmujë. Ai pranon çdo gjë që përzien dritën dhe kalon vetëm dritën që lëkundet në një drejtim të caktuar.
Formulimi i ligjit të Malusit është: kur një dritë e polarizuar plotësisht e sheshtë bie mbi analizuesin, intensiteti i dritës së transmetuar nga analizuesi është drejtpërdrejt proporcional me katrorin e kosinusit të këndit ndërmjet akseve të transmetimit të analizuesit dhe polarizuesi.
Një valë elektromagnetike tërthore përmban një fushë elektrike dhe një fushë magnetike, dhe fusha elektrike në një valë drite është pingul me drejtimin e përhapjes së valës së dritës. Drejtimi i dridhjes së dritës është vektori elektrik E.
Për një rreze të zakonshme të papolarizuar, vektori elektrik vazhdon të ndryshojë drejtimin e tij rastësisht kur drita kalon nëpër një polaroid, drita që rezulton është e polarizuar në rrafsh me vektorin e tij elektrik që vibron në një drejtim të caktuar. Drejtimi i vektorit të rrezes në dalje varet nga orientimi i polaroidit, dhe rrafshi i polarizimit është projektuar si një plan që përmban vektorin E dhe rrezen e dritës.
Figura më poshtë tregon dritën e polarizuar të sheshtë për shkak të vektorit vertikal EI dhe vektorit horizontal EII.
Drita e papolarizuar kalon përmes një Polaroid P 1 dhe më pas përmes një Polaroid P 2, duke formuar një kënd θ me y ax-s. Pasi drita që përhapet përgjatë drejtimit x kalon nëpër Polaroid P 1, vektori elektrik i lidhur me dritën e polarizuar do të dridhet vetëm përgjatë boshtit y.
Tani nëse lejojmë që kjo rreze e polarizuar të kalojë përsëri nëpër P 2 të polarizuar, duke bërë një kënd θ me boshtin y, atëherë nëse E 0 është amplituda e fushës elektrike rënëse në P 2, atëherë amplituda e vala që del nga P 2, do të jetë e barabartë me E 0 cosθ dhe, për rrjedhojë, intensiteti i rrezes që del do të jetë sipas ligjit Malus (formula) I=I 0 cos 2 θ
ku I 0 është intensiteti i rrezes që del nga P 2 kur θ=0θ është këndi ndërmjet planeve të transmetimit të analizuesit dhe polarizuesit.
Shembull i llogaritjes së intensitetit të dritës
Ligji i Malus: I 1=I o cos 2 (q);
ku q është këndi ndërmjet drejtimit të polarizimit të dritës dhe boshtit të transmetimit të polarizuesit.
Drita e papolarizuar me intensitet I o=16 W/m 2 bie mbi një palë polarizues. Polarizuesi i parë ka një bosht transmetimi të rreshtuar në një distancë prej 50 [gradë] nga vertikali. Polarizuesi i dytë e ka boshtin e transmetimit të rreshtuar në një distancë prej 20o nga vertikalja.
Një provë e Ligjit të Malus mund të bëhet duke llogaritur se sa intensive është drita kur del nga polarizuesi i parë:
4 W/m 2
16 cos 2 50o
8 W/m 2
12 W/m 2
Drita nuk është e polarizuar, kështu që unë 1=1/2 I o=8 W/m 2.
Intensiteti i dritës nga polarizuesi i dytë:
I 2=4 W/m 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 W/m 2
Ndiqet nga Ligji Malus, formulimi i të cilit konfirmon se kur drita largohet nga polarizuesi i parë, ajo polarizohet në mënyrë lineare në 50o. Këndi ndërmjet këtij dhe boshtit të transmisionit të polarizuesit të dytë është 30[grad.]. Prandaj:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 W/m 2.
Tani polarizimi linear i një rreze drite me një intensitet 16 W/m 2 bie mbi të njëjtin çift polarizuesish. Drejtimi i polarizimit të dritës rënëse është 20o nga vertikali.
Intensiteti i dritës që del nga polarizuesi i parë dhe i dytë. Duke kaluar nëpër çdo polarizues, intensiteti zvogëlohet me një faktor prej 3/4. Pas largimit nga polarizuesi i parëintensiteti është 163/4 =12 W/m2 dhe zvogëlohet në 123/4 =9 W/m2 pasi kalon të dytin.
Polarizimi i ligjit Malusian thotë se për të kthyer dritën nga një drejtim i polarizimit në tjetrin, humbja e intensitetit zvogëlohet duke përdorur më shumë polarizues.
Supozoni se duhet të rrotulloni drejtimin e polarizimit me 90o.
| N, numri i polarizuesve | Këndi midis polarizuesve të njëpasnjëshëm | I 1 / Unë o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [cos 2 (90 o / N)] N |
Llogaritja e këndit të reflektimit të Brewster
Kur drita godet një sipërfaqe, një pjesë e dritës reflektohet dhe një pjesë e saj depërton (përthyer). Sasia relative e këtij reflektimi dhe përthyerjeje varet nga substancat që kalojnë nëpër dritë, si dhe nga këndi në të cilin drita godet sipërfaqen. Ekziston një kënd optimal, në varësi të substancave, që lejon që drita të thyhet (depërtojë) sa më shumë që të jetë e mundur. Ky kënd optimal njihet si këndi i fizikantit skocez David Brewster.
Llogaritni këndinBrewster për dritën e bardhë të zakonshme të polarizuar prodhohet nga formula:
theta=arctan (n1 / n2), ku theta është këndi Brewster, dhe n1 dhe n2 janë indekset refraktive të dy mediave.
Për të llogaritur këndin më të mirë për depërtimin maksimal të dritës përmes xhamit - nga tabela e indeksit të thyerjes gjejmë se indeksi i thyerjes për ajrin është 1.00 dhe indeksi i thyerjes për xhamin është 1.50.
Këndi i Brewster do të ishte arctan (1,50 / 1,00)=arctan (1,50)=56 gradë (afërsisht).
Llogaritja e këndit më të mirë të dritës për depërtimin maksimal të ujit. Nga tabela e indekseve të thyerjes rezulton se indeksi për ajrin është 1.00, dhe indeksi i thyerjes për ujin është 1.33.
Këndi i Brewster do të ishte arctan (1,33 / 1,00)=actan (1,33)=53 gradë (afërsisht).
Përdorimi i dritës së polarizuar
Një laik i thjeshtë as që mund ta imagjinojë se sa intensivisht polarizuesit përdoren në botë. Polarizimi i dritës së ligjit të Malusit na rrethon kudo. Për shembull, gjëra të tilla të njohura si syzet e diellit Polaroid, si dhe përdorimi i filtrave specialë polarizues për lentet e kamerës. Instrumente të ndryshme shkencore përdorin dritën e polarizuar të emetuar nga lazerët ose nga llambat inkandeshente polarizuese dhe burimet fluoreshente.
Polarizuesit përdoren ndonjëherë në ndriçimin e dhomës dhe të skenës për të reduktuar shkëlqimin dhe për të siguruar ndriçim më të barabartë dhe si gota për t'u dhënë një ndjesi të dukshme thellësisë filmave 3D. Madje polarizuesit e kryqëzuarpërdoret në kostumet hapësinore për të reduktuar në mënyrë drastike sasinë e dritës që hyn në sytë e një astronauti gjatë gjumit.
Sekretet e optikës në natyrë
Pse qielli blu, perëndimi i diellit i kuq dhe retë e bardha? Këto pyetje janë të njohura për të gjithë që nga fëmijëria. Ligjet e Malus dhe Brewster ofrojnë shpjegime për këto efekte natyrore. Qielli ynë është vërtet shumëngjyrësh, falë diellit. Drita e tij e bardhë e ndritshme ka të gjitha ngjyrat e ylberit të ngulitura brenda: të kuqe, portokalli, të verdhë, jeshile, blu, vjollcë dhe vjollcë. Në kushte të caktuara, një person takon ose një ylber, ose një muzg, ose një mbrëmje gri vonë. Qielli është blu për shkak të "shpërndarjes" së dritës së diellit. Ngjyra blu ka një gjatësi vale më të shkurtër dhe më shumë energji se ngjyrat e tjera.
Si rezultat, bluja absorbohet në mënyrë selektive nga molekulat e ajrit dhe më pas lirohet përsëri në të gjitha drejtimet. Ngjyrat e tjera janë më pak të shpërndara dhe për këtë arsye zakonisht nuk janë të dukshme. Dielli i mesditës është i verdhë pasi thith ngjyrën e tij blu. Në lindjen ose perëndimin e diellit, rrezet e diellit hyjnë në një kënd të ulët dhe duhet të kalojnë nëpër një trashësi të madhe të atmosferës. Si rezultat, ngjyra blu shpërndahet plotësisht, kështu që pjesa më e madhe e saj absorbohet plotësisht nga ajri, humbet dhe shpërndahet ngjyra të tjera, veçanërisht portokallia dhe e kuqja, duke krijuar një horizont të lavdishëm ngjyrash.
Ngjyrat e dritës së diellit janë gjithashtu përgjegjëse për të gjitha nuancat që duam në Tokë, qofshin ato jeshile me bar apo oqeani bruz. Sipërfaqja e çdo objekti zgjedh ngjyrat specifike që do të pasqyrojë në mënyrë që tëdalloje veten. Retë janë shpesh të bardha shkëlqyese, sepse ato janë reflektues të shkëlqyeshëm ose difuzues të çdo ngjyre. Të gjitha ngjyrat e kthyera shtohen së bashku në të bardhën neutrale. Disa materiale reflektojnë të gjitha ngjyrat në mënyrë të barabartë, si qumështi, shkumësi dhe sheqeri.
Rëndësia e ndjeshmërisë së polarizimit në astronomi
Për një kohë të gjatë, studimi i ligjit të Malus, efekti i polarizimit në astronomi u injorua. Drita e yllit është pothuajse plotësisht e papolarizuar dhe mund të përdoret si standard. Prania e dritës së polarizuar në astronomi mund të na tregojë se si u krijua drita. Në disa supernova, drita e emetuar nuk është e papolarizuar. Në varësi të pjesës së yllit që shihet, mund të shihet një polarizim i ndryshëm.
Ky informacion rreth polarizimit të dritës nga rajone të ndryshme të mjegullnajës mund t'u japë studiuesve të dhëna për vendndodhjen e yllit me hije.
Në raste të tjera, prania e dritës së polarizuar mund të zbulojë informacion për të gjithë pjesën e galaktikës së padukshme. Një përdorim tjetër i matjeve të ndjeshme ndaj polarizimit në astronomi është zbulimi i pranisë së fushave magnetike. Duke studiuar polarizimin rrethor të ngjyrave shumë specifike të dritës që burojnë nga korona e diellit, shkencëtarët kanë zbuluar informacion rreth fuqisë së fushës magnetike në këto vende.
Mikroskopi optik
Mikroskopi i dritës së polarizuar është projektuar për të vëzhguar dhe fotografuar ekzemplarë që janë të dukshëm përmesnatyra e tyre optikisht anizotropike. Materialet anizotropike kanë veti optike që ndryshojnë me drejtimin e përhapjes së dritës që kalon nëpër to. Për të përmbushur këtë detyrë, mikroskopi duhet të pajiset me një polarizues të vendosur në shtegun e dritës diku përpara kampionit dhe një analizues (polarizues i dytë) i vendosur në rrugën optike midis hapjes së pasme objektive dhe tubave të shikimit ose portit të kamerës..
Zbatimi i polarizimit në biomjekësi
Kjo prirje popullore sot bazohet në faktin se në trupin tonë ka shumë komponime që janë optikisht aktive, domethënë mund të rrotullojnë polarizimin e dritës që kalon nëpër to. Komponime të ndryshme optikisht aktive mund të rrotullojnë polarizimin e dritës në sasi të ndryshme dhe në drejtime të ndryshme.
Disa kimikate optike aktive janë të pranishme në përqendrime më të larta në fazat e hershme të sëmundjes së syrit. Mjekët mund ta përdorin potencialisht këtë njohuri për të diagnostikuar sëmundjet e syrit në të ardhmen. Dikush mund të imagjinojë që mjeku ndriçon një burim drite të polarizuar në syrin e pacientit dhe mat polarizimin e dritës së reflektuar nga retina. Përdoret si një metodë jo-invazive për testimin e sëmundjeve të syrit.
Dhurata e modernitetit - Ekran LCD
Nëse shikoni nga afër ekranin LCD, do të vini re se imazhi është një grup i madh katrorësh me ngjyra të renditura në një rrjet. Në to, ata gjetën zbatimin e ligjit të Malus,fizika e procesit i cili krijoi kushtet kur çdo katror ose piksel ka ngjyrën e vet. Kjo ngjyrë është një kombinim i dritës së kuqe, jeshile dhe blu në çdo intensitet. Këto ngjyra kryesore mund të riprodhojnë çdo ngjyrë që syri i njeriut mund të shohë sepse sytë tanë janë trikromatikë.
Me fjalë të tjera, ato përafrojnë gjatësi vale specifike të dritës duke analizuar intensitetin e secilit prej tre kanaleve të ngjyrave.
Shfaqjet e shfrytëzojnë këtë mangësi duke shfaqur vetëm tre gjatësi vale që synojnë në mënyrë selektive çdo lloj receptori. Faza e kristalit të lëngët ekziston në gjendjen bazë, në të cilën molekulat janë të orientuara në shtresa dhe secila shtresë pasuese përdredh pak për të formuar një model spirale.
Ekran LCD me 7 segmente:
- Elektrodë pozitive.
- Elektrodë negative.
- Polarizues 2.
- Display.
- Polarizues 1.
- Kristal i lëngshëm.
Këtu LCD është midis dy pllaka xhami, të cilat janë të pajisura me elektroda. LCD të përbërjeve kimike transparente me "molekula të përdredhura" të quajtura kristale të lëngëta. Fenomeni i aktivitetit optik në disa kimikate është për shkak të aftësisë së tyre për të rrotulluar planin e dritës së polarizuar.
Filma 3D Stereopsis
Polarizimi lejon trurin e njeriut të falsifikojë 3D duke analizuar ndryshimet midis dy imazheve. Njerëzit nuk mund të shohin në 3D, sytë tanë mund të shohin vetëm në 2D. Imazhet. Megjithatë, truri ynë mund të kuptojë se sa larg janë objektet duke analizuar ndryshimet në atë që sheh secili sy. Ky proces njihet si Stereopsis.
Për shkak se truri ynë mund të shohë vetëm pseudo-3D, krijuesit e filmave mund ta përdorin këtë proces për të krijuar iluzionin e tre dimensioneve pa iu drejtuar hologrameve. Të gjithë filmat 3D funksionojnë duke ofruar dy foto, një për secilin sy. Nga vitet 1950, polarizimi ishte bërë metoda dominuese e ndarjes së imazhit. Teatrot filluan të kishin dy projektorë që funksiononin njëkohësisht, me një polarizues linear mbi secilën lente.
Për gjeneratën aktuale të filmave 3D, teknologjia ka kaluar në polarizimin rrethor, i cili kujdeset për problemin e orientimit. Kjo teknologji aktualisht prodhohet nga RealD dhe përbën 90% të tregut 3D. RealD lëshoi një filtër rrethor që kalon shumë shpejt midis polarizimit në drejtim të akrepave të orës dhe në drejtim të kundërt, kështu që përdoret vetëm një projektor në vend të dyve.
