Môžete nosiť pár polarizovaných slnečných okuliarov, ale čo to znamená? V čom sa líšia od iných druhov slnečných okuliarov a prečo sú užitočné? Polarizácia, pokiaľ ide o svetlo, označuje proces orientácie alebo filtrovania svetelných vĺn v jednom smere, ktorý ovplyvňuje to, čo vidíte.
Svetlo ako elektromagnetické vlny
Elektromagnetická vlna je priečna vlna pozostávajúca z vlny elektrického poľa oscilujúca v rovine kolmo (na pravý uhol) na vlnu magnetického poľa, obe sú kolmé na smer pohyb.
Pretože elektromagnetické žiarenie funguje ako vlna, potom bude mať akákoľvek konkrétna elektromagnetická vlna alebo svetelná vlna s ňou súvisiacu frekvenciu a vlnovú dĺžku. Produktom vlnovej dĺžky a frekvencie je rýchlosť vlny.
Elektromagnetické vlny však nevyžadujú médium, cez ktoré by sa šírili, a teda môžu prechádzať vákuom prázdneho priestoru (čo robia rýchlosťou svetla - najrýchlejšia rýchlosť v) vesmír).
Elektromagnetické vlny majú veľa druhov, vrátane rádiových vĺn, mikrovĺn, infračerveného žiarenia, viditeľného svetla, ultrafialového žiarenia, röntgenových lúčov a gama lúčov.
Navyše, pretože elektromagnetická vlna je priečna s amplitúdou kolmou na smer pohybu, môže byť polarizovaná - existuje veľa možných rovín kolmých na smer pohybu, ale polarizovaná vlna bude mať priečnu amplitúdu iba v jednej z ich. Pozdĺžne vlny, ako sú zvukové vlny, majú posun iba v smere pohybu, a preto ich nemožno polarizovať.
Polarizácia svetla
Nepolarizované svetelné vlny majú viac navrstvených orientácií. Svetelné vlny majú elektrické aj magnetické pole, vždy navzájom navzájom kolmé - podľa konvencie je polarizácia definovaná smerom elektrického poľa. Pri pohľade do hlavy by sme mohli vidieť vektory elektrického poľa smerujúce do všetkých rôznych smerov.
Keď svetlo prechádza polarizátorom alebo polarizačným filtrom, nechá filter prejsť iba časť svetla s siločarami orientovanými rovnobežne s filtrom. Výsledkom je polarizácia svetla - všetko je orientované rovnakým smerom. Toto je lineárna polarizácia.
Svetlo vychádzajúce zo žiaroviek alebo slnka nie je polarizované. Najbežnejším zdrojom polarizovaného svetla sú lasery. Ak sú dva polarizačné filtre držané navzájom v pravom uhle pred dopadajúcim zdrojom svetla, bude zablokované všetko svetlo. Ak je uhol menší (napríklad 45 stupňov), je blokované iba niektoré svetlo.
Svetelné polarizátory sa dodávajú v troch typoch: reflexné, dichroické a dvojlomné. Reflexné polarizátory umožňujú priechod iba určitej polarizácie svetla, zatiaľ čo zvyšok odráža; dichroické polarizátory robia pravý opak, iba blokujú určitú polarizáciu svetla a všetkým ostatným umožňujú priechod. Pri dvojlome sa rôzne polarizácie svetla lámu pod rôznymi uhlami, čo umožňuje výber rôznych polarizácií svetla v závislosti od požadovanej polarizácie.
Polarizácia svetla umožňuje premietanie filmov v 3D. 3D okuliare poskytované divákom majú v skutočnosti v každom objektíve opačné polarizačné filtre; napríklad horizontálny filter vľavo a vertikálny filter vpravo. Film sa potom premieta na rovnakú obrazovku z dvoch rôznych projektorov, jedného premietajúceho svetlo polarizovaného vertikálne a jedného premietania svetla polarizovaného horizontálne. Ľavé oko potom vidí trochu iný obraz ako pravé oko a mozog ich kombinuje, aby vytvoril vnímanie hĺbky.
Brewsterov uhol a polarizácia odrazom
Keď svetelný lúč dopadá na povrch materiálu, časť svetla sa odráža a časť z nich sa láme (prechádza materiálom). Uhol dopadajúceho svetla potrebný na to, aby odrazené svetlo a lámané svetlo boli v presnom pravom uhle, sa nazýva Brewsterov uhol.
Keď sa uhol dopadu rovná Brewsterovmu uhlu (v závislosti od zloženia média na ktoromkoľvek z nich) strane povrchu) a dopadajúce svetlo je nepolarizované, čo spôsobí lineárnu polarizáciu odrazeného bodu svetlo. Ak má dopadajúce svetlo špecifickú polarizáciu, najmä pre daný materiál, bude lomené iba bez odrážaného svetla.
Prečo sa to stalo? Keď je dopadajúce svetlo dočasne absorbované atómami na povrchu materiálu, elektróny v atómoch materiálu kmitajú. Pretože svetelné vlny sú priečne, musí byť polarizácia kolmá na smer pohybu vlny. Takže ak je polarizácia dopadajúcej vlny v smere, v ktorom by mala byť odrazená vlna, odrazená vlna nemôže existovať.
Ak je dopadajúce svetlo nepolarizované, odrazené svetlo bude polarizované horizontálne, rovnobežne s odraznou plochou. Toto sa nazýva s-polarizované svetlo. Svetlo s polarizáciou v rovine dopadu alebo rovina tvorená zo smeru pohybu dopadajúceho svetla a vektor kolmý na povrch sa nazýva p-polarizované.
Polarizované slnečné okuliare využívajú koncept Brewsterovho uhla na zníženie odrazu slnečného žiarenia od vodorovných plôch. Keď je slnko nízko na oblohe, v odrazených odrazoch od povrchov, ako je voda a cesty, je veľa s-polarizovaného svetla. Polarizačné slnečné okuliare blokujú svetlo s touto polarizáciou a znižujú tak odlesky.
Polarizácia rozptylom
Rozptyl dopadajúceho svetla z molekúl vzduchu spôsobuje, že svetlo je lineárne polarizované kolmo na rovinu dopadu. Molekuly vzduchu nesú vlastnú malú osciláciu v jednom smere, ktorá sa nazýva dipólový moment, a vyžarujú energiu kolmo na líniu tejto oscilácie. Takže ak dipólový moment molekuly osciluje tam a späť na r- os, dopadajúce nepolarizované svetlo sa z neho rozptýli v X-smer, polarizovaný v r-smer (rovnobežný s dipólom).
Ak je vlnová dĺžka dopadajúceho svetla porovnateľná s veľkosťou molekúl, hovorí sa tomu Rayleighov rozptyl. Rayleighov rozptyl je zodpovedný za farbu oblohy, či už ide o tmavomodrú farbu krásneho dňa alebo tmavočervenú farbu západu slnka; farby sa menia v závislosti od uhla dopadu slnečného žiarenia na atmosféru.
Polarizácia pomocou lomu
K polarizácii môže dôjsť aj lomom alebo ohnutím svetla pri prechode z jedného média do druhého. Najčastejšie sa polarizácia vyskytuje kolmo na povrch.
Keď index lomu materiálu závisí od smeru dopadu a polarizácie svetla, nazýva sa to dvojlomný. V dvojlomných materiáloch sa dopadajúci lúč svetla rozdelí polarizáciou na dva lúče vo vnútri materiálu, ktoré prechádzajú mierne odlišnými dráhami.
Niektorí vedci majú podozrenie, že dvojlomný typ kryštálu nazývaný „kalcit“ mohli Vikingovia použiť ako navigačná pomôcka, pretože jej refrakčné polarizačné vlastnosti by sa mohli použiť na lokalizáciu slnka v oblačnom dni alebo dokonca pod horizont.
Kruhová polarizácia
Kruhová polarizácia je polarizačný stav, v ktorom sa smer elektrického poľa rotuje cirkulárne s časom stabilnou rýchlosťou v rovine kolmej na smer šírenia. To si možno predstaviť ako vektor elektrického poľa, ktorý pri šírení vlny vytiahne špirálu okolo osi šírenia. (Je tiež možná eliptická polarizácia, pri ktorej je špirála v jednej dimenzii mierne ryhovaná.)
Ak sa pri pohľade v smere svetelného zdroja zdá, že vektor elektrického poľa rotuje proti smeru hodinových ručičiek, svetlo sa nazýva pravo-kruhovo polarizované. Ak sa zdá, že sa vektor otáča v smere hodinových ručičiek, svetlo sa nazýva ľavo-kruhovo polarizované.
Kruhová polarizácia je vytvorená dvoma lineárne polarizovanými svetelnými vlnami, polarizovanými kolmo na seba a každá sa šíri o 90 stupňov od fázy. Eliptická polarizácia je taká, keď jedna z týchto svetelných vĺn má menšiu amplitúdu ako druhá, čím vytvára skôr elipsu ako kruh.
