קיטוב של אור: הגדרה, השתקפות, שבירה ופיזור

אולי תרכיב זוג משקפי שמש מקוטבים, אבל מה זה אומר? במה הם שונים מסוגים אחרים של משקפי שמש ומדוע הם שימושיים? קיטוב, מבחינת אור, מתייחס לתהליך של כיוון או סינון גלי אור לכיוון אחד, שמשפיע על מה שאתה יכול לראות.

גל אלקטרומגנטי הוא גל רוחבי המורכב מגל שדה חשמלי המתנודד במישור בניצב (בזווית ישרה) לגל שדה מגנטי, שניהם בניצב לכיוון תְנוּעָה.

מכיוון שקרינה אלקטרומגנטית פועלת כגל, אזי לכל גל אלקטרומגנטי מסוים או גל אור יש תדר ואורך גל הקשורים אליו. תוצר אורך הגל והתדירות הוא מהירות הגל.

עם זאת, גלים אלקטרומגנטיים אינם דורשים מדיום שדרכו יתפשט, ומכאן יכולים לחצות את הוואקום של החלל הריק (מה שהם עושים במהירות האור - המהירות המהירה ביותר ב עוֹלָם).

גלים אלקטרומגנטיים מגיעים בזנים רבים, כולל גלי רדיו, מיקרוגל, קרינת אינפרא אדום, אור נראה, קרינה אולטרה סגולה, צילומי רנטגן וקרני גמא.

בנוסף, מכיוון שגל אלקטרומגנטי הוא רוחבי עם משרעת בניצב לכיוון התנועה, הוא יכול להיות מקוטב - ישנם מישורים אפשריים רבים בניצב לכיוון התנועה, אך לגל מקוטב תהיה משרעת רוחבית רק באחד מ אוֹתָם. בגלים אורכיים כמו גלי קול יש תזוזה בלבד בכיוון התנועה, ולכן לא ניתן לקטב אותם.

לגלי אור לא מקוטבים כיוונים מרובים על גבי זה. גלי האור הם בעלי שדות חשמליים וגם מגנטיים, תמיד בזווית ישרה זה לזה - על פי מוסכמה, הקיטוב מוגדר על ידי כיוון השדה החשמלי. כשמסתכלים ראש, אנו עשויים לראות את וקטורי השדה החשמליים מכוונים לכל הכיוונים השונים.

כאשר האור עובר דרך מקטב או פילטר מקטב, המסנן מאפשר לעבור רק לחלק האור עם קווי שדה חשמליים המכוונים במקביל למסנן. כתוצאה מכך האור הופך לקוטבי - כולו מכוון לאותו כיוון. זו קיטוב ליניארי.

אור המגיע מנורות או מהשמש אינו מקוטב. המקורות הנפוצים ביותר של אור מקוטב הם לייזרים. אם שני פילטרים מקוטבים מוחזקים בזווית ישרה זה לזה מול מקור אור תוקף, כל האור ייחסם. אם הזווית קטנה יותר (45 מעלות, למשל) רק חלק מהאור חסום.

מקטבים קלים מגיעים בשלושה סוגים: רפלקטיביים, דיכרואיים ופריפריניים. מקטבים רפלקטיביים מאפשרים לעבור רק קיטוב מסוים של האור, תוך שהוא משקף את השאר; מקטבים דיכרואיים עושים את ההפך, רק חוסמים קיטוב מסוים של האור תוך שהם מאפשרים לכל האחרים לעבור דרכם. בהפרש כפול, קיטובי אור שונים ישברו בזוויות שונות, ויאפשרו לבחור קיטובי אור שונים בהתאם לקיטוב הרצוי.

קיטוב האור הוא האופן שבו סרטים מוקרנים בתלת ממד. משקפי התלת מימד הניתנים לצופים בסרטים כוללים למעשה מסנני קיטוב מנוגדים בכל עדשה; מסנן אופקי משמאל ומסנן אנכי מימין, למשל. לאחר מכן מוקרן הסרט על אותו המסך משני מקרנים שונים, אחד שמקרין אור מקוטב אנכית ואור מקרין מקוטב אופקית. העין השמאלית רואה אז תמונה שונה במקצת מהעין הימנית, והמוח משלב את התמונות ליצירת תפיסת עומק.

כאשר קרן אור מתרחשת על משטח של חומר, חלק מהאור מוחזר וחלקו נשבר (הוא עובר דרך החומר). זווית האור הפולש הנדרשת כדי שהאור המוחזר והאור השבור יהיו בזווית ישרה מדויקת נקרא זווית ברוסטר.

כאשר זווית הכניסה שווה לזווית של ברוסטר (תלויה בהרכבי המדיומים באחד מהם) בצד המשטח), והאור הפוגע אינו מקוטב, הוא יביא לקיטוב ליניארי של המוחזר אוֹר. אם לאור האירוע יש קיטוב ספציפי, במיוחד לחומר, הוא יישבר רק ללא אור מוחזר בכלל.

למה זה קרה? כאשר האור הפוגע נקלט באופן זמני על ידי האטומים במשטח החומר, האלקטרונים באטומי החומר מתנדנדים. מכיוון שגלי האור רוחביים, הקיטוב צריך להיות ניצב לכיוון התנועה של הגל. אז אם הקיטוב של גל האירוע הוא בכיוון שהגל המוחזר צריך להיות, הגל המוחזר לא יכול להתקיים.

אם האור הפולש אינו מקוטב, האור המוחזר יקוטב אופקית, במקביל למשטח המחזיר. זה נקרא אור מקוטב. אור עם קיטוב במישור השכיחות, או המישור שנוצר מכיוון התנועה של האור הפולש וקטור בניצב לפני השטח, נקרא מקוטב.

משקפי שמש מקוטבים משתמשים במושג הזווית של ברוסטר כדי להפחית את השתקפות אור השמש ממשטחים אופקיים. כאשר השמש נמוכה בשמיים, יש הרבה אור מקוטב s בבהק מוחזר מעל משטחים כמו מים וכבישים. משקפי שמש מקוטבים חוסמים את האור עם הקיטוב הזה, ומפחיתים את הסנוור.

פיזור האור הפולש מעל מולקולות האוויר גורם לקיטוב אור בניצב למישור השכיחות. מולקולות אוויר נושאות תנודה קטנה משלהן לכיוון אחד, המכונה רגע דיפול, והן מקרינות אנרגיה בניצב לקו התנודה. אז אם רגע הדיפול של מולקולה מתנודד קדימה ואחורה על yציר, אירוע אור לא מקוטב יתפזר ממנו ב איקסכיוון, מקוטב ב y-כיוון (במקביל לדיפול).

אם אורך הגל של האור המתקפל ניתן להשוות לגודל המולקולות, זה נקרא פיזור ריילי. פיזור ריילי אחראי על צבע השמים, בין אם זה כחול עמוק של יום יפה או אדום עמוק של שקיעה; הצבעים משתנים בהתאם לזווית הופעת אור השמש באווירה.

קיטוב יכול להתרחש גם על ידי שבירה, או כיפוף אור כשהוא עובר ממדיום אחד למשנהו. לרוב, הקיטוב מתרחש בניצב לפני השטח.

כאשר אינדקס השבירה של חומר תלוי בכיוון האירוע ובקיטוב האור, הוא נקרא דו-שברי. בחומרים דו-מפרציים, קרן אור מתרחשת מפוצלת על ידי קיטוב לשתי קרניים בתוך החומר, הלוקחות מסלולים שונים במקצת.

יש מדענים שחושדים שייתכן ששימש הוויקינגים סוג קריסטל דו-קרבי המכונה "קלציט" עזרת ניווט, מכיוון שתכונות הקיטוב השבירות שלו יכולות לשמש לאיתור השמש ביום מעונן, או אפילו מתחת ל אופק.

קיטוב מעגלי הוא מצב קיטוב בו כיוון השדה החשמלי מסתובב במעגל עם הזמן בקצב קבוע במישור הניצב לכיוון ההתפשטות. ניתן לדמיין זאת כווקטור השדה החשמלי המושך סליל סביב ציר התפשטות כשהגל מתפשט. (אפשר גם קיטוב אליפטי, שבו הסליל נמתח מעט בממד אחד.)

אם, בעוד שמסתכלים לכיוון מקור האור, נראה כי וקטור השדה החשמלי מסתובב נגד כיוון השעון, האור נקרא מקוטב ימינה. אם נראה שהווקטור מסתובב עם כיוון השעון, האור נקרא מקוטב שמאלי.

קיטוב מעגלי נוצר על ידי שני גלי אור מקוטבים ליניארית, מקוטבים בניצב זה לזה, וכל אחד מהם מתפשט 90 מעלות מחוץ לשלב. קיטוב אליפטי הוא כאשר לאחד מגלי האור הללו משרעת קטנה יותר מהשני, ויוצר אליפסה ולא מעגל.