Apa itu polarisasi cahaya dan aplikasi praktisnya?

Cahaya terpolarisasi berbeda dari cahaya standar dalam perambatannya. Itu ditemukan cukup lama lalu dan digunakan baik untuk eksperimen fisik maupun dalam kehidupan sehari-hari untuk melakukan beberapa pengukuran. Untuk memahami fenomena polarisasi tidaklah sulit, itu akan memungkinkan untuk memahami prinsip pengoperasian beberapa perangkat dan mencari tahu mengapa dalam kondisi tertentu cahaya tidak menyebar seperti biasanya.

Perbandingan foto tanpa dan dengan filter polarisasi, dalam kasus kedua hampir tidak ada silau.

Apa itu polarisasi cahaya?

Polarisasi cahaya membuktikan bahwa cahaya adalah gelombang transversal. Artinya, kita berbicara tentang polarisasi gelombang elektromagnetik secara umum, dan cahaya adalah salah satu varietasnya, yang sifat-sifatnya tunduk pada aturan umum.

Polarisasi adalah sifat gelombang transversal yang vektor osilasinya selalu tegak lurus terhadap arah rambat cahaya atau yang lainnya. Artinya, jika Anda mengisolasi sinar cahaya dengan vektor polarisasi yang sama, itu akan menjadi fenomena polarisasi.

Paling sering kita melihat cahaya tidak terpolarisasi di sekitar kita, karena vektor intensitasnya bergerak ke segala arah yang memungkinkan. Untuk membuatnya terpolarisasi, kami melewatkannya melalui media anisotropik, yang memotong semua getaran dan hanya menyisakan satu.

Perbandingan cahaya biasa dan terpolarisasi.

Siapa yang menemukan fenomena tersebut dan apa yang dibuktikannya

Konsep yang dimaksud pertama kali digunakan oleh ilmuwan Inggris yang terkenal . Newton pada tahun 1706.. Namun sifatnya dijelaskan oleh peneliti lain. James Maxwell.. Pada saat itu, sifat gelombang cahaya belum diketahui, tetapi karena berbagai fakta dan hasil dari berbagai eksperimen terkumpul, semakin banyak bukti tentang sifat gelombang elektromagnetik yang transversal muncul.

Yang pertama bereksperimen di daerah ini adalah penjelajah Belanda Huygens, pada tahun 1690.. Dia melewatkan cahaya melalui sepiring feldspar Islandia, sebagai akibatnya dia menemukan anisotropi melintang dari balok.

Bukti pertama polarisasi cahaya dalam fisika diperoleh oleh peneliti Prancis . Malus. Dia menggunakan dua piring turmalin dan akhirnya menurunkan hukum yang dinamai menurut namanya. Melalui banyak percobaan, sifat transversal gelombang cahaya terbukti, yang membantu menjelaskan sifat dan kekhasan propagasinya.

Dari mana polarisasi cahaya berasal dan bagaimana mendapatkannya sendiri

Sebagian besar cahaya yang kita lihat tidak terpolarisasi. Matahari, cahaya buatan - cahaya dengan vektor berosilasi dalam arah yang berbeda menyebar ke segala arah tanpa batasan apapun.

Cahaya terpolarisasi muncul setelah melewati media anisotropik, yang mungkin memiliki sifat yang berbeda. Media ini menghilangkan sebagian besar getaran, hanya menyisakan satu, yang memberikan efek yang diinginkan.

Paling sering kristal bertindak sebagai polarizer. Jika dulu kebanyakan bahan alami (misalnya turmalin) digunakan, sekarang banyak varian yang berasal dari buatan.

Juga cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dengan refleksi dari dielektrik apapun. Idenya adalah bahwa ketika fluks cahaya di persimpangan dua media, itu dibiaskan. Ini dapat dengan mudah dilihat dengan menempatkan pensil atau tabung dalam segelas air.

Prinsip ini digunakan dalam mikroskop polarisasi.

Dalam fenomena pembiasan cahaya, beberapa sinar terpolarisasi. Tingkat efek ini tergantung pada lokasi sumber cahaya dan sudut datang cahaya terhadap tempat pembiasan.

Mengenai cara mendapatkan cahaya terpolarisasi, salah satu dari tiga opsi digunakan, terlepas dari kondisinya:

1. Nicolas prisma.. Dinamakan setelah penjelajah Skotlandia Nicolas William, yang menemukannya pada tahun 1828. Dia bereksperimen untuk waktu yang lama dan setelah 11 tahun dapat memperoleh perangkat jadi, yang masih digunakan sampai sekarang dalam bentuknya yang tidak berubah.
2. Refleksi dari dielektrik. Di sini sangat penting untuk menemukan sudut datang yang optimal dan untuk mempertimbangkan derajat pembiasan (Semakin besar perbedaan transmitansi kedua media, semakin banyak sinar yang dibiaskan).
3. Menggunakan media anisotropik. Paling sering kristal dengan sifat yang sesuai dipilih untuk tujuan ini. Jika fluks cahaya diarahkan pada mereka, pemisahan paralel dapat diamati pada output.

Polarisasi cahaya oleh refleksi dan refraksi pada antarmuka dua dielektrik

Fenomena optik ini ditemukan oleh fisikawan Skotlandia ...oleh David Brewster pada tahun 1815.... Hukum yang diturunkannya menunjukkan hubungan antara indeks dua dielektrik pada sudut datang cahaya tertentu. Jika kondisi dipilih, sinar yang dipantulkan dari antarmuka dua media akan terpolarisasi pada bidang yang tegak lurus terhadap sudut datang.

Ilustrasi hukum Brewster.

Peneliti mencatat bahwa sinar yang dibiaskan sebagian terpolarisasi dalam bidang datang juga. Tidak semua cahaya dipantulkan, sebagian masuk ke sinar bias. Sudut Brewster adalah sudut di mana cahaya yang dipantulkan benar-benar terpolarisasi.Sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus.

Untuk memahami penyebab fenomena ini, kita perlu mengetahui hal-hal berikut:

1. Dalam setiap gelombang elektromagnetik, getaran medan listrik selalu tegak lurus terhadap arah geraknya.
2. Prosesnya dibagi menjadi dua tahap. Yang pertama, gelombang datang menyebabkan molekul dielektrik bergerak; di kedua, ada gelombang dibiaskan dan dipantulkan.

Jika Anda menggunakan sepiring kuarsa atau mineral lain yang sesuai dalam percobaan, intensitas cahaya terpolarisasi bidang akan kecil (pada urutan 4% dari total intensitas). Tetapi jika Anda menggunakan tumpukan piring, Anda dapat mencapai peningkatan kinerja yang signifikan.

Ngomong-ngomong! Hukum Brewster juga dapat diturunkan menggunakan rumus Fresnel.

Polarisasi cahaya oleh kristal

Dielektrik biasa bersifat anisotropik dan karakteristik cahaya yang mengenainya bergantung terutama pada sudut datang. Kristal memiliki sifat yang berbeda; ketika cahaya jatuh pada mereka, efek pembiasan ganda sinar dapat diamati. Ini memanifestasikan dirinya sebagai berikut: ketika melewati struktur, dua sinar yang dibiaskan terbentuk, yang menuju ke arah yang berbeda, kecepatannya juga berbeda.

Paling sering kristal uniaksial digunakan dalam percobaan. Salah satu sinar bias di dalamnya mematuhi hukum standar dan disebut biasa. Balok kedua dibentuk secara berbeda, disebut luar biasa, karena kekhasan pembiasannya tidak sesuai dengan kanon biasa.

Ini adalah bagaimana birefringence terlihat seperti dalam diagram.

Jika Anda memutar kristal, sinar biasa akan tetap tidak berubah, sedangkan sinar luar biasa akan bergerak di sekitar keliling. Kalsit atau feldspar Islandia paling sering digunakan dalam eksperimen karena sangat cocok untuk penelitian.

Ngomong-ngomong! Jika Anda melihat sekeliling Anda melalui kristal, garis besar semua objek akan bercabang.

Berdasarkan percobaan dengan kristal. Etienne Louis Malus merumuskan hukum pada tahun 1810 pada tahun 1810, yang dinamai menurut namanya. Dia memperoleh hubungan yang jelas dari cahaya terpolarisasi linier setelah melewati polarizer yang terbuat dari kristal. Intensitas berkas setelah melewati kristal berkurang sebanding dengan kuadrat kosinus sudut yang terbentuk antara bidang polarisasi berkas masuk dan filter.

Pelajaran video: Polarisasi cahaya, fisika kelas 11.

Aplikasi praktis polarisasi cahaya

Fenomena tersebut digunakan dalam kehidupan sehari-hari jauh lebih sering daripada yang terlihat. Pengetahuan tentang hukum perambatan gelombang elektromagnetik telah membantu dalam penciptaan berbagai peralatan. Opsi utama adalah sebagai berikut:

1. Filter polarisasi khusus untuk kamera memungkinkan Anda menghilangkan silau saat mengambil gambar.
2. Kacamata dengan efek ini sering digunakan oleh pengemudi, karena menghilangkan silau dari lampu depan lalu lintas yang datang. Akibatnya, bahkan sinar tinggi tidak dapat menyilaukan pengemudi, yang meningkatkan keselamatan.
   Tidak adanya silau karena efek polarisasi.
3. Peralatan yang digunakan dalam geofisika memungkinkan Anda mempelajari sifat-sifat massa awan. Hal ini juga digunakan untuk mempelajari kekhasan polarisasi sinar matahari saat melewati awan.
4. Instalasi khusus yang memotret nebula ruang angkasa dalam cahaya terpolarisasi membantu mempelajari kekhasan medan magnet yang timbul di sana.
5. Yang disebut metode fotoelastik digunakan dalam teknik mesin. Dengan bantuannya, Anda dapat dengan jelas menentukan parameter tekanan yang terjadi pada simpul dan bagian.
6. Perlengkapan digunakan dalam penciptaan pemandangan teater serta dalam dekorasi konser. Lingkup aplikasi lainnya adalah etalase dan stan pameran.
7. Perangkat yang menentukan kadar gula darah seseorang. Mereka bekerja dengan menentukan sudut rotasi bidang polarisasi.
8. Banyak perusahaan di industri makanan menggunakan peralatan yang mampu menentukan konsentrasi larutan tertentu.Ada juga perangkat yang dapat memantau protein, gula, dan asam organik melalui penggunaan sifat polarisasi.
9. Sinematografi 3D bekerja tepat melalui penggunaan fenomena yang dibahas dalam artikel ini.

Ngomong-ngomong! Monitor kristal cair dan televisi juga bekerja berdasarkan fluks terpolarisasi.

Pengetahuan tentang ciri-ciri dasar polarisasi memungkinkan kita untuk menjelaskan banyak efek yang terjadi di sekitar kita. Juga fenomena ini banyak digunakan dalam sains, teknologi, kedokteran, fotografi, sinematografi dan banyak bidang lainnya.