קוטביות
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | קיבוע |
| transverse/trænsˈvɜːs/ | רוחבי |
| polarising filter/ˈpəʊləraɪzɪŋ ˈfɪltə/ | מסנן קיבוע |
| transmission axis/trænˈsmɪʃn ˈæksɪs/ | ציר העברה |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | אורכי |
| unpolarised/ʌnˈpəʊləraɪzd/ | לא מקובע |
| Malus's law/ˈmæləsɪz lɔː/ | חוק מלוס |
| intensity/ɪnˈtensɪti/ | עוצמה |
משקפי שמש המונעים סנוור
- משקפי שמש מקוטבים חוסמים את הסנוור מהמים והכבישים.
- אם מסובבים אותם, הבהירות משתנה — גם אם הנוף אינו משתנה.
- הם עובדים על ידי העברת אור רק במישור אחד.
מעבדת עוצמת קוטביות
העוצמה משתנה בהתאם לזווית הפולריזר
סובבו פולריזר ותראו מדוע רק גלים צולבים יכולים להיות מקוטבים.
מהו קיטוב
- קיטוב הוא גורם לכך שגל רוחבי יתנודה במישור אחד בלבד.
- מסנן מקוטב מעביר את החלק המקביל לציר העברתו וחוסם את שאר החלקים.
קוטביה של גל צולב משמעותה הופעתו:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מסנן קוטב מעביר רק את ההתנדדות המושרית לאורך צירו, ומשאיר את הגל במישור יחיד.
רק גלים רוחביים
- לגל רוחבי ישנם מספר מישורים לבחירה, ולכן הוא יכול להיות מקוטב.
- לגל אורכי (קול) התנודה היא לאורך הכיוון — אין מישור אחר, ולכן הוא לא יכול.
- לכן: אם גל יכול להיות מקוטב, הוא חייב להיות רוחבי.
גלים לא מקוטבים רועמים במספר מישורים; גל מקוטב רועם במישור אחד
גלי קול יכולים להיות מקוטבים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לא — קול הוא גל אורכי (הוא מתנדד לאורך כיוון ההתפשטות), ולכן אין מישור אחר לבחור ממנו.
אם גל יכול להיות מקוטב, הוא חייב להיות ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
רק לגלים צולבים יש כיווני התנדדות מאונכים להתפשטות, ולכן רק הם יכולים להיות מקוטבים.
קול אינו יכול להיות מקוטב כי הוא גל ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
קוטביה מגבילה תנודות למישור אחד, וגל אורך כבר מתנודד לאורך קו יחיד, כיוון ההתפשטות. אין מה להגביל יותר.
המשפט המבחני ל"מדוע לא קול?"
- שתי נקודות, שתי רעיונות: הקול הוא אורך-צירי, ולכן הרעידות שלו הן מקבילות לכיוון העברת האנרגיה.
- קיים כיוון רעידה אחד בלבד, ולכן אין מישור לבחירה על ידי מסנן.
- האור הוא צלב-צירי, ולכן רעידותיו יכולות להיות בכל מישור מאונך לכיוון התנועה — מסנן יכול לבחור אחד מהם.
התאם כל גל ליכולתו להיות מקוטב.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
קיטוב מגביל את התנודה למישור אחד, וגל אורי תנודתו היא כבר לאורך קו יחיד. רק גלים רוחביים יכולים להיות מקוטבים.
חוק מאלוס
- דרך מסנן בזווית $\theta$ לישר הקיטוב: $I = I_0\cos^{2}\theta$.
- $\theta = 0^{\circ}$: הכל עובר. $\theta = 90^{\circ}$: הכל חסום.
*מסננים מצלבים (א) חוסמים את האור; מסננים מקבילים (ב) מאפשרים מעבר
אור מקוטבע בעוצמה $100\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$ פוגע במסנן בזווית $60^{\circ}$ למישור הקיטוב שלו. מהי העוצמה העוברת?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$I = I_0\cos^{2}\theta = 100 \times \cos^{2}60^{\circ} = 100 \times 0.25 = 25\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
דוגמה פותרת: מסנן אחד
- אור מקוטבע בעוצמת $I_0$ נתקל במסנן בזווית $\theta = 60^{\circ}$.
- $I = I_0\cos^{2}60^{\circ} = I_0 \times (0.5)^{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
- משרעת: העוצמה תלויה בריבוע המשרעת, ולכן יחס המשרעות הוא השורש: $\dfrac{A}{A_0} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
- שני מסננים מצלבים ($90^{\circ}$) לא מאפשרים מעבר כלל.
שני מסנני קיטוב מוצגים זה לזה בזווית $90^{\circ}$. כמה אור עובר?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$I = I_0\cos^{2}90^{\circ} = 0$ — מסננים מוצגים חוסמים את האור לחלוטין.
אור מקוטבע עובר דרך מסנן שצירו בזווית $60^{\circ}$ למישור הקיטוב שלו. מהי היחס בין המשרעת המועברת למשרעת הפונה?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\dfrac{I}{I_0} = \cos^{2}60^{\circ} = 0.25$, ו-$I \propto A^{2}$, לכן $\dfrac{A}{A_0} = \sqrt{0.25} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
אור מקוטבע בעוצמה 80 W/m^2 פוגע במסנן בזווית 60 מעלות למישור הקיטוב שלו. מהי העוצמה העוברת, ב-W/m^2?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
חוק מאלוס: I = I0 cos^2(theta) = 80 x 0.25 = 20 W/m^2. הריבוע של הקוסינוס הוא השלב שנפסד לעיתים קרובות, והשמדתו נותנת 40.
מסנן שלישי באמצע
- שני מסננים מצלבים חוסמים הכל. הזזו מסנן שלישי ביניהם בזווית $45^{\circ}$ והאור יעבור שוב.
- המסנן האמצעי מעביר $\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{1}{2}$ מהאור וגם משנה את מישורו ל$45^{\circ}$.
- המסנן האחרון נמצא כעת בזווית $45^{\circ}$ ממישור זה, ולכן מעביר חצי נוסף.
- כל מסנן פועל על האור כפי שהוא מגיע, ולא על הקרן המקורי.
אור לא-מקוטבע פוגע בשני מסננים מוצגים. איזו טענות נכונות? סמן את כולן החלות.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
כל מסנן מקיטב מחדש לאורך צירו המשלה, ולכן כל זווית הבאה נמדדת מהמסנן הקודם, וזה בדיוק הסיבה לכך שמסנן שלישי יכול להוסיף אור במקום להסיר אותו.
דוגמה פותרת: שלושה מסננים
אור לא מקוטב בעוצמה $I_0$ עובר דרך שלושה מסננים: הראשון עם ציר אנכי, השני בזווית $45^{\circ}$, והשלישי אופקי. מצאו את העוצמה הסופית.
- מסנן ראשון: אור לא מקוטב מכיל כל מישור באותה מידה, ולכן מסנן יחיד מעביר חצי מהעוצמה: $\dfrac{I_0}{2}$, ועכשיו האור מקוטב אנכית.
- מסנן שני בזווית $45^{\circ}$ לציר האנכי: $\dfrac{I_0}{2}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{4}$, ועכשיו האור מקוטב בזווית $45^{\circ}$.
- מסנן שלישי בזווית $45^{\circ}$ לזה: $\dfrac{I_0}{4}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{8}$.
- בדיקה: אם נסיר את המסנן האמצעי, המסנן הראשון והשלישי יהיו חוצים זה את זה — $\cos^{2}90^{\circ} = 0$, ואף אור לא יעבור. הוספת מסנן הגדילה את כמות האור; זו ההפתעה שהבוחן בודק.
אור מקוטבע אנכית בעוצמה $I_0$ עובר דרך מסנן בזווית $45^{\circ}$ ואז דרך מסנן אופקי. איזה שבר של $I_0$ יוצא?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
לאחר המסנן $45^{\circ}$: $I_0\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{2}$, עכשיו מקוטב בזווית $45^{\circ}$. המסנן האופקי נמצא במרחק $45^{\circ}$ מזווית זו: $\dfrac{I_0}{2} \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
כאשר שני פילטרים מוצבים בצורה מוחצרת חוסמים את כל האור, הוספת פילטר שלישי בזווית 45 מעלות ביניהם מאפשרת מעבר של חלק מהאור.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כל פילטר מקוטב מחדש לאורך צירו העצמי, ולכן הזווית לפילטר הבא נמדדת מִשָּׁם, ולא מהמישור המקורי. הוספת פילטר יכולה להגדיל את כמות האור המעוברת.
$\theta$ היא הזווית בין מישור הקיטוב של האור לבין ציר העברת המסנן — ולא הזווית שסיבבת בה את המסנן, אלא אם כן הוא התחיל מוויישר. סיבוב מסנן במלוא ה-$360^{\circ}$ גורם ל-שתי שיאים ו-שתי מינימום. ואור לא מקוטב שעובר דרך מסנן אחד תמיד יוצא בעוצמה החצי, ללא קשר לזווית המסנן.
אור לא-מקוטב עובר דרך פילטר מקטב יחיד. סיבוב הפילטר משנה את העוצמה היוצאת ממנו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לאור לא-מקוטב יש כל מישור באופן שווה, ולכן פילטר אחד תמיד מעביר מחצית ממנו — הזווית אינה משנה דבר. חוק מאלוס חל רק על אור שמקוטב כבר.
הבנתך מושלמת
- קיטוב = רטיטה במישור אחד; רק גלים רוחביים יכולים לעשות זאת (קול לא יכול: הרטטות שלו מקבילות לכיוון העברת האנרגיה)
- חוק מאלוס: $I = I_0\cos^{2}\theta$; יחס המשרעת $= \cos\theta$; מסננים חוצים חוסמים את כל האור
- המסננים פועלים אחד אחרי השני על האור כפי שהוא מגיע — מסנן אמצעי מאפשר מעבר לאור דרך מסננים חוצים