A teraz...
coś mniej nudnego :D
Polaryzacja jest postrzegana także przez ośmiornice, kałamarnice oraz mątwy. Zwierzęta te wykorzystują spolaryzowane światło do komunikacji. Ich ciała pokrywają wzory widoczne tylko przez filtry polaryzacyjne. Niektóre głowonogi mają też zdolność do dynamicznych zmian tych wzorów. W ten sposób mogą przekazywać sobie sygnały godowe lub odstraszać napastników.
W pewnym stopniu polaryzację liniową światła może rozpoznać także ludzkie oko. Jest to możliwe dzięki zjawisku entoptycznemu zwanemu figurą Haidingera. ( wrażenia wzrokowe powstające w szczególnych warunkach, które są niezależne od zewnętrznego źródła światła – ich źródłem jest układ nerwowy człowieka.
Można je wywołać za pomocą różnych środków, takich, jak m.in.: elektrowstrząsy, deprywacja sensoryczna, hiperwentylacja, rytmiczny ruch oraz substancje psychoaktywne).
Filtry polaryzacyjne
Światło spolaryzowane oglądane przez polaryzacyjny filtr fotograficzny przy różnych kątach pomiędzy płaszczyzną polaryzacji światła padającego, a płaszczyzną polaryzacji światła przepuszczanego przez filtr.
Zoologia
Niektóre zwierzęta mają zdolność do postrzegania polaryzacji światła. Wykorzystują ją do określania kierunku w przestrzeni. Płaszczyzna liniowej polaryzacji światła rozproszonego w atmosferze jest prostopadła do kierunku, z którego świeci Słońce. Z tej własności światła korzystają niektóre owady, między innymi pszczoły. Mózg pszczoły rejestruje odległość oraz kąt względem Słońca na trasie jaką pokonuje ona wracając z nektarem do gniazda. W środku owad
rozpoczyna specjalny taniec, którym przekazuje te informacje innym pszczołom. Polaryzacja światła jest widoczna również dla oczu ptaków. Oprócz nawigacji ptaki używają uzyskanych w ten
sposób informacji do poszukiwania prądów wznoszących, pozwalających im na szybowanie bez wydatkowania energii.
W każdym krysztale dwójłomnym istnieje kierunek, w którym biegnące światło nie rozdziela się na dwa promienie, ale jego spolaryzowane składowe poruszają się z różnymi prędkościami. Zjawisko to wykorzystywane jest do zmiany rodzaju polaryzacji
światła w płytkach ćwierćfalowych i płytkach półfalowych.
Dwójłomność
Niektóre kryształy wykazują anizotropię stałej dielektrycznej(zależność od kierunku), co powoduje, że prędkość rozchodzenia się światła, a więc i współczynnik załamania zależy od kierunku. W takim krysztale podczas załamania promień wchodzący do kryształu rozdziela się na dwa o prostopadłych polaryzacjach liniowych. Zjawisko to, wykorzystuje się do otrzymywania wiązki światła spolaryzowanego w pryzmacie Nicola.
Polaryzacja w
naturze, nauce i życiu codziennym
W przypadku fal elektromagnetycznych są możliwe również inne, dużo bardziej złożone rodzaje polaryzacji, spotykane na przykład w falowodach (kanał do prowadzenia w przestrzeni fal mechanicznych lub elektromagnetycznych wzdłuż określonej drogi), albo wytwarzane za pomocą specjalnych laserów.
Przykładem może być polaryzacja radialna, w której wektor natężenia pola elektrycznego w
każdym punkcie wiązki promieniowania jest skierowany w kierunku centrum wiązki, lub polaryzacja azymutalna, w którym jest styczny do obwodu wiązki. Tego typu fale zawierają często również składowe pola elektrycznego, magnetycznego (lub obu) równoległe do kierunku ruchu fali, nie są więc falami poprzecznymi. Propagacja w fizyce jest to rozprzestrzenianie się zaburzenia w ośrodku. Jeżeli źródło zaburzenia wywołuje zmiany w sposób cykliczny, to mówi się o propagacji fali.
Defektoskopia
Naprężenia wewnątrz przedmiotu z masy plastycznej widoczne w świetle spolaryzowanym.
Źródłem anizotropii optycznej materiału może być również naprężenie wewnątrz materiału.
Zjawisko to można wykorzystać do wykrywania i analizy naprężeń - w defektoskopii lub
badaniu prototypów. Model odtwarzający kształty części urządzenia może być wykonany z
przezroczystego materiału i zostać poddany próbom wytrzymałościowym. Jednocześnie
odpowiedni układ optyczny pozwala na obserwację zmian polaryzacji przechodzącego
światła (zwykle w postaci barwnych prążków), charakterystycznych dla naprężeń
występujących wewnątrz materiału.
Rozpraszanie fali
Przy rozpraszaniu fali elektromagnetycznej na cząsteczkach mniejszych od jej długości
następuje jej polaryzacja. Fala rozproszona pod kątem prostym jest całkowicie
spolaryzowana liniowo, a rozproszona w innym kierunku jest spolaryzowana częściowo.
W atmosferze znajdują się drobne cząsteczki pyłów i aerozoli, które rozpraszają w ten
sposób światło, istotną rolę gra też rozpraszanie na fluktuacjach termicznych powietrza.
Zjawisko to odpowiada za polaryzację błękitu nieba i białego halo dookoła słońca i księżyca
(wraz z odbiciem promieni światła od powierzchni kryształków lodu).
Analizując polaryzację światła rozproszonego można określić kąt rozproszenia, czyli określić kierunek padania światła na medium rozpraszające, co jest wykorzystywane w astronomii.
Światło spolaryzowane liniowo przy przejściu przez płytkę półfalową zmienia kierunek polaryzacji.
Polaryzacja liniowa
W fali spolaryzowanej liniowo oscylacje odbywają się w jednej płaszczyźnie, która zawiera kierunek rozchodzenia się fali.
W układzie współrzędnych XYZ spolaryzowaną liniowo falę rozchodzącą się w kierunku osi OZ
można przedstawić jako superpozycję dwóch fal spolaryzowanych liniowo w dowolnych
ustalonych kierunkach (np. w kierunkach osi OX i OY). Fale składowe są w zgodnej fazie lub w
przeciwfazie (przesunięte o 180°), a stosunek ich amplitud określa kierunek polaryzacji fali
wypadkowej powstającej w wyniku opisanej superpozycji .
Polaryzacja Kołowa
Polaryzacja występuje tylko dla takich rodzajów fal i takich warunków, w których oscylacje mogą
odbywać się w różnych kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. W innych przypadkach rozważanie zjawiska polaryzacji nie ma sensu - dotyczy to na przykład drgań rozchodzących się na powierzchni membrany i na granicach ośrodków o różnej gęstości (między innymi fale morskie). Fale dźwiękowe w gazach (również w powietrzu) nie podlegają zjawisku
polaryzacji, gdyż są falami podłużnymi.
W polaryzacji kołowej rozchodzące się zaburzenie (na przykład pole elektryczne cząstki ośrodka materialnego od położenia równowagi) określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze taką samą wartość, ale jego kierunek się zmienia. Kierunek zmian jest taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza okrąg w czasie jednego okresu fali.
Światło rozproszone lub odbite od dielektryków jest spolaryzowane. Do jego stłumienia można wykorzystać filtr, który selektywnie pochłania światło o ich polaryzacji. Filtry takie, zwane polaryzacyjnymi, są stosowane w przyrządach optycznych. Przykładem mogą być okulary przeciwsłoneczne, w których zmniejszają one jasność nieba w słoneczne dni oraz blokują spolaryzowane światło odbite (co jest przydatne dla osób kierujących pojazdami mechanicznymi).
Filtry tego rodzaju są też stosowane w fotografii, gdzie przyciemniają błękit nieba, zapobiegają pojawianiu się odblasków oraz (tłumiąc odbicia) umożliwiają robienie zdjęć przez szyby.
Inne
rodzaje
polaryzacji
Polaryzacja – właściwość fali poprzecznej polegająca na zmianach kierunku oscylacji (łac. „Oscilliatio”- wahanie, drganie) rozchodzącego się zaburzenia w określony sposób.
W poprzecznej fali niespolaryzowanej oscylacje rozchodzącego się zaburzenia zachodzą z jednakową amplitudą we wszystkich kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali.
Fala niespolaryzowana może być traktowana jako złożenie bardzo wielu fal spolaryzowanych w różny sposób.
W polaryzacji eliptycznej rozchodzące się zaburzenie określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze wartość i kierunek taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza elipsę.
Falę spolaryzowaną eliptycznie można otrzymać przez złożenie dwóch fal o jednakowych częstotliwościach, rozchodzących się w tym samym kierunku, spolaryzowanych liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych, przesuniętych w fazie o odpowiedni kąt, ale o różnych amplitudach. Można ją także otrzymać jako złożenie fal o polaryzacji liniowej i kołowej.
Zarówno polaryzacja liniowa, jak i kołowa to szczególne przypadki polaryzacji eliptycznej.
Taki ruch po okręgu można rozłożyć na dwa drgania harmoniczne o jednakowych amplitudach,ale o fazach przesuniętych o 90° lub 270° (-90°). W zależności do tego, czy fazy są przesunięte o 90° czy 270°, mówi się o polaryzacji kołowej prawoskrętnej lub polaryzacji kołowej
lewoskrętnej. Wektor opisujący zaburzenie obraca się wtedy albo w prawo, albo w lewo.
Falę spolaryzowaną kołowo można otrzymać przez złożenie dwóch fal o jednakowych amplitudach i częstotliwościach, rozchodzących się w tym samym kierunku, spolaryzowanych liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych, a przesuniętych w fazie o odpowiedni kąt.
Zjawisko to jest odpowiedzialne na polaryzację światła tęczy, która tworzy się na skutek załamań i odbić światła w kroplach wody oraz tęczowego halo wokół słońca i księżyca (o promieniach kątowych 22° i 46°), powstającego na skutek załamania promieni światła na heksagonalnych kryształkach lodu w wysokich warstwach atmosfery.
Odbicie światła od powierzchni metalu nie polaryzuje światła niespolaryzowanego, ale zmienia stan polaryzacji odbitego pod kątem światła, na przykład przy odpowiednich kątach światło spolaryzowane liniowo po odbiciu od gładkiej powierzchni metalowej zmienia polaryzację na eliptyczną albo kołową. Zmiana polaryzacji wynika ze zmiany fazy składowej elektrycznej prostopadłej do powierzchni odbijającej w stosunku do składowej równoległej do niej.
Polaryzacja
Eliptyczna
Promieniowanie cieplne, w tym także świecenie rozgrzanych ciał, powstaje w wyniku ruchów cząsteczek w przypadkowych kierunkach i dlatego światło emitowane przez rozgrzane ciała nie jest spolaryzowane. Niektóre źródła promieniowania elektromagnetycznego, w których kierunek drgań cząstek naładowanych (na przykład elektronów) jest ograniczony (na przykład poprzez silne pole elektryczne, magnetyczne lub budowę i uporządkowanie cząsteczek), wytwarzają światło spolaryzowane. Światło linii spektroskopowych powstające w polu magnetycznym, jeżeli pole magnetyczne wpływa na poziomy energetyczne, również jest spolaryzowane. Jeżeli określona polaryzacja emitowanej fali nie jest wymuszona, lecz tylko uprzywilejowana, to
polaryzacja emitowanego światła jest częściowa.
Zjawisko Polaryzacji
Emisja fali spolaryzowanej
Gdy zachodzące w pewnym kierunku drgania ośrodka materialnego powodują powstanie mechanicznej fali poprzecznej, to fala ta jest spolaryzowana - przykładem są drgania tektoniczne.
Fala elektromagnetyczna, której jednym ze składników jest pole elektryczne, może powstać w wyniku oscylacyjnego ruchu ładunku elektrycznego (na przykład w antenie dipolowej), który z kolei wywołuje rozchodzące się oscylacje tego pola. Powstająca fala jest spolaryzowana liniowo, a kierunek polaryzacji leży w płaszczyźnie wyznaczonej przez promieniujący dipol.
Powstawanie
fali
spolaryzowanej
Odbicie od ośrodka dielektrycznego
Gdy niespolaryzowane światło pada na granicę dwóch ośrodków przezroczystych pod takim kątem (kąt Brewstera), że promień odbity tworzy z promieniem załamanym kąt prosty, to światło odbite zostaje całkowicie, a światło przechodzące częściowo spolaryzowane liniowo. Zjawisko polaryzacji przez odbicie zostało odkryte w 1809 r. przez Malusa. Dla innych kątów padania światła, światło odbite jest również spolaryzowane częściowo. Im kąt padania bardziej różni się od kąta Brewstera, tym stopień polaryzacji światła odbitego jest mniejszy. Przy odbiciach od dielektryków nieprzezroczystych promień załamany zostanie oczywiście pochłonięty, ale odbity jest nadal spolaryzowany.
Polaryzacja światła laserowego
Światło emitowane przez lasery może być spolaryzowane. Przyczynami jego polaryzacji są:
Zależność wzmocnienia optycznego ośrodka czynnego lasera od polaryzacji światła (w kryształach anizotropowych),
Zależność strat rezonatora od polaryzacji:
Specjalnie w tym celu stosowane okienko Brewstera,
Niewielkie przypadkowe nachylenia elementów optycznych lasera,
Nawet jeżeli wzmocnienie lasera jest izotropowe, to na skutek wywołanych fluktuacjami termicznymi zmian właściwości optycznych pojawia się niestabilna spontaniczna polaryzacja, często o złożonym charakterze.
Istnieją zjawiska fizyczne, które powodują powstanie fali spolaryzowanej w określony sposób - są one zarówno spotykane w naturze, jak i wykorzystywane technicznie.
Skręcenie płaszczyzny polaryzacji
Wiele związków chemicznych posiada zdolność zmiany kierunku polaryzacji przechodzącego
światła. Zjawisko to zwane jest aktywnością optyczną.
Wykazują ją te związki których cząsteczki nie posiadają inwersyjnej osi symetrii. Cząsteczki
takie mogą występować w dwóch formach, zwanych enancjomerami, będących wzajemnie
swymi odbiciami lustrzanymi. Enancjomery skręcają płaszczyznę polaryzacji przechodzącego
światła w przeciwnych kierunkach. Z tego powodu mieszanina zawierająca równe ilości
obydwu enancjomerów (mieszanina racemiczna) nie skręca płaszczyzny polaryzacji.
Zjawisko skręcenia polaryzacji światła znajduje zastosowanie w analizie chemicznej.
Wszystkie aktywne optycznie związki organiczne produkowane przez organizmy żywe
istnieją tylko w postaci jednego z dwóch możliwych enancjomerów. Pomiar aktywności
optycznej jest więc metodą umożliwiającą rozróżnienie ich od sztucznie syntetyzowanych
mieszanin racemicznych.
Polaryzator światła wykorzystujący zjawisko polaryzacji przy odbiciu od ośrodka przezroczystego
Selektywne pochłanianie
Fala rozchodząc się w ośrodku, w którym oscylacje w jednym z kierunków są tłumione
silniej niż w prostopadłym do niego, ulegnie polaryzacji.
Przykładem takiego ośrodka dla fali elektromagnetycznej może być drabinka z drutów,
czyli układ cienkich równoległych drutów przewodzących prąd elektryczny. Średnica
drutów i odległość między nimi musi być mała, a ich długość porównywalna z długością
fali. Układ taki pochłania fale, w których oscylacje wektora elektrycznego są równoległe
do drutów, a przepuszcza fale, w których jego oscylacje są prostopadłe do drutów.
Układy takie buduje się dla fal radiowych i mikrofal.
Polaryzatory dla podczerwieni i światła widzialnego działają na takiej samej zasadzie,
lecz rolę drutów przejmują odpowiednio ułożone cząsteczki związków chemicznych.
Można to osiągnąć poprzez rozciąganie w trakcie produkcji folii wykonanej z
odpowiedniego tworzywa sztucznego, w wyniku czego powstaje układ równolegle
ułożonych cząsteczek pochłaniających fale elektromagnetyczne spolaryzowane w
jednym kierunku.