الاستقطاب
| English | العربية |
|---|---|
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | استقطاب |
| transverse/trænsˈvɜːs/ | مستعرضة |
| polarising filter/ˈpəʊləraɪzɪŋ ˈfɪltə/ | فلتر مستقطب |
| transmission axis/trænˈsmɪʃn ˈæksɪs/ | محور النقل |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | طولية |
| unpolarised/ʌnˈpəʊləraɪzd/ | غير مستقطب |
| Malus's law/ˈmæləsɪz lɔː/ | قانون مالوس |
| intensity/ɪnˈtensɪti/ | شدة |
نظارات شمسية تقلل الوهج
- النظارات القطبية تحجب الوهج المنعكس عن الماء والطرق.
- قم بتدويرها وتتغير السطوع — حتى لو لم يتغير المشهد.
- تعمل عن طريق السماح للمرور للموجة في مستوى واحد فقط.
مختبر كثافة الاستقطاب
تتغير الكثافة مع زاوية المستقطر
أدر مستقطراً واشرح لماذا يمكن استقطاب الموجات المستعرضة فقط.
ما هو الاستقطاب
- الاستقطاب يعني جعل الموجة العرضية تهتز في مستوى واحد فقط.
- مرشح الاستقطاب يمرر الجزء المصطف مع محور النفاذ ويمنع الباقي.
استقطاب الموجة المستعرضة يعني جعلها تهتز:
مرشح الاستقطاب يمر فقط الاهتزاز المتوافق مع محوره، تاراً الموجة في مستوى واحد.
الموجات المستعرضة فقط
- الموجة المستعرضة لها مستويات متعددة للاختيار منها، لذا فهي يمكن استقطابها.
- الموجة الطولية (الصوت) ترتج على طول اتجاه الحركة — لا يوجد مستوى آخر، لذا فهي لا يمكن.
- لذلك: إذا كانت موجة يمكن استقطابها، يجب أن تكون مستعرضة.
موجات غير مستقطبة ترتج في مستويات متعددة؛ موجة مستقطبة ترتج في مستوى واحد
يمكن استقطاب الموجات الصوتية.
لا — الصوت طولي (يهتز على طول الحركة)، لذلك لا يوجد مستوى آخر لاختياره.
إذا كانت الموجة قابلة للاستقطاب، فهي يجب أن تكون ____.
فقط الموجات المستعرضة لها اتجاهات اهتزاز عمودية على الحركة، لذا فقط هي القابلة للاستقطاب.
لا يمكن استقطاب الصوت لأنه موجة ____.
يقتصر الاستقطاب الاهتزازات على مستوى واحد، والموجة الطولية تهتز بالفعل على خط واحد فقط وهو اتجاه الحركة. لا يوجد شيء متبقٍ لتقييده.
الجملة الامتحانية لـ "لماذا ليس الصوت؟"
- علامتان، فكرتان: الصوت طولي، لذا فإن ارتجافاته متوازية مع اتجاه نقل الطاقة.
- يوجد اتجاه واحد محتمل للارتجاج، لذا لا يوجد مستوى ليختاره المرشح.
- الضوء مستعرض، لذا يمكن أن تكون ارتجافاته في أي مستوى عمودي على الحركة — يمكن للمرشح اختيار واحد.
طابق كل موجة مع إمكانية استقطابها.
يقتصر الاستقطاب الاهتزازات على مستوى واحد، والموجة الطولية تهتز بالفعل على خط واحد. فقط الموجات المستعرضة قابلة للاستقطاب.
قانون مالوس
- عبر مرشح بزاوية $\theta$ من الاستقطاب: $I = I_0\cos^{2}\theta$.
- $\theta = 0^{\circ}$: كل شيء ينجح. $\theta = 90^{\circ}$: كل شيء محظور.
مرشحات متقاطعة (a) تحجب الضوء؛ مرشحات متوازية (b) تسمح بمروره
ضوء مستقطب بكثافة $100\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$ التقى بفلتر بزاوية $60^{\circ}$ من مستواه. ما الكثافة التي تمر؟
$I = I_0\cos^{2}\theta = 100 \times \cos^{2}60^{\circ} = 100 \times 0.25 = 25\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
مثال محلول: مرشح واحد
- ضوء مستقطب شدته $I_0$ يلتقي بمرشح عند زاوية $\theta = 60^{\circ}$.
- $I = I_0\cos^{2}60^{\circ} = I_0 \times (0.5)^{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
- السعة: الشدة تتناسب مع مربع السعة، لذا نسبة السعة هي الجذر التربيعي: $\dfrac{A}{A_0} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
- اثنان من المرشحات المتقاطعة ($90^{\circ}$) لا يسمحان بمرور أي شيء على الإطلاق.
يتم تقاطع فلترين مستقطبين عند $90^{\circ}$. كم مقدار الضوء الذي يمر؟
$I = I_0\cos^{2}90^{\circ} = 0$ — الفلاتر المتقاطعة تحجب الضوء تمامًا.
ضوء مستقطر يمر عبر فلتر يكون محوره بزاوية $60^{\circ}$ مع مستوى استقطاره. ما هي نسبة السعة المنقولة إلى السعة الساقطة؟
$\dfrac{I}{I_0} = \cos^{2}60^{\circ} = 0.25$، و$I \propto A^{2}$، إذن $\dfrac{A}{A_0} = \sqrt{0.25} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
ضوء مستقطب شدة شدته 80 W/m^2 يصطدم بمفلتر بزاوية 60 درجة مع مستواه. ما الشدة التي تمر، بـ W/m^2؟
مالوس: I = I0 cos^2(theta) = 80 x 0.25 = 20 W/m^2. تربيع جيب التمام هو الخطوة التي يتخطاها الناس، وتخطيها يعطي 40.
مرشح ثالث في المنتصف
- اثنان من المرشحات المتقاطعة يحجبان كل شيء. أزلق ثالثاً بينهما بزاوية $45^{\circ}$ وسيمر الضوء مرة أخرى.
- المرشح الأوسط يمرر $\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{1}{2}$ من الضوء ويغير مستواه إلى $45^{\circ}$.
- المرشح الأخير الآن بزاوية $45^{\circ}$ من ذلك المستوى الجديد، لذا يمر نصفًا آخر.
- كل مرشح يعمل على الضوء كما يصل، وليس على الحزمة الأصلية.
يواجه ضوء غير مستقطب فلترين متقاطعين. أي العبارات صحيحة؟ حدد جميع الخيارات الصحيحة.
كل فلتر يعيد الاستقطاب على محوره الخاص، لذا تُقاس كل زاوية تالية من الفلتر السابق، وهذا بالضبط سبب أن الفلثا ثالث يمكن أن يضيف ضوءًا بدلاً من إزالته.
مثال محلول: ثلاثة مرشحات
ضوء غير مستقطب شدته $I_0$ يمر عبر ثلاثة مرشحات: الأول بمحور رأسي، والثاني بزاوية $45^{\circ}$، والثالث أفقي. أوجد الشدة النهائية.
- المرشح الأول: الضوء غير المستقطب يحتوي على كل المستويات بالتساوي، لذا يمر المرشح الواحد نصف: $\dfrac{I_0}{2}$، أصبح مستقطباً رأسياً الآن.
- المرشح الثاني بزاوية $45^{\circ}$ من الرأسي: $\dfrac{I_0}{2}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{4}$، أصبح مستقطباً بزاوية $45^{\circ}$ الآن.
- المرشح الثالث بزاوية $45^{\circ}$ من ذلك: $\dfrac{I_0}{4}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{8}$.
- التحقق: أزل المرشح الأوسط والمرشح الأول والثالث يصبحان متقاطعين — $\cos^{2}90^{\circ} = 0$، لا شيء يمر. إضافة مرشح زادت الضوء؛ هذه المفاجئة التي يختبرها المصحح.
يمر ضوء مستقطب عموديًا شدته $I_0$ عبر فلتر بزاوية $45^{\circ}$ ثم فلتر أفقي. ما الكسر الخارج من $I_0$؟
بعد الفلتر $45^{\circ}$: $I_0\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{2}$، الآن مستقطب بزاوية $45^{\circ}$. الفلتر الأفقي يبعد $45^{\circ}$ عنه: $\dfrac{I_0}{2} \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
عندما يحجب فلتران متقاطعان جميع الضوء، فإن إدخال فلثا ثالث بزاوية 45 درجة بينهما يسمح بمرور بعض الضوء.
كل فلتر يعيد الاستقطاب على محوره الخاص، لذا تُقاس الزاوية للفلتر التالي من هنالك، وليس من المستوى الأصلي. إضافة فلثا ثالث يمكن أن تزيد الضوء المنقول.
$\theta$ هي الزاوية بين مستوى الاستقطاب للضوء ومحور النفاذ للمرشح — ليست الزاوية التي دارت فيها المرشح، إلا إذا بدأت مصطفة. تدوير المرشح دورة كاملة $360^{\circ}$ يعطي اثنين من القمم واثنين من القيعان. والضوء غير المستقطب عبر مرشح واحد يخرج دائماً بنصف الشدة، بغض النظر عن زاوية المرشح.
يمر ضوء غير مستقطب عبر فلتر مستقطب واحد. تدوير الفلتر يغير الشدة الخارجة.
للضوء غير المستقطب جميع المستويات بالتساوي، لذا يمر الفلتر دائمًا نصفه — الزاوية لا فرق لها. قانون مالوس ينطبق فقط على الضوء المستقطب مسبقًا.
لقد فهمت الأمر
- الاستقطاب = الارتجاج في مستوى واحد؛ فقط الموجات المستعرضة تستطيع ذلك (الصوت لا يستطيع: ارتجافاته موازية لنقل الطاقة)
- قانون مالوس: $I = I_0\cos^{2}\theta$؛ نسبة السعة $= \cos\theta$؛ المرشحات المتقاطعة تحجب كل الضوء
- المرشحات تعمل تباعاً على الضوء كما يصل — مرشح وسط يسمح بمرور الضوء عبر مرشحات متقاطعة