Поляризация света в очках

Муниципальное бюджетное

общеобразовательное учреждение

«ГИМНАЗИЯ № 11»

Городского округа Самара

«Поляризация света в очках»

Итоговый индивидуальный проект
ученика 9 «А» класса
Тулиголовца Ильи Валерьевича

Руководитель проекта
Воловик Александра Николаевна, учитель физики

Самара, 2018

Этапы работы	Содержание работы на каждом этапе	Ожидаемые результаты работы каждого этапа	Сроки выполнения работы каждого этапа
1.Определение руководителей проекта, выбор темы и её конкретизация.	Определение руководителей проекта, выбор темы и её конкретизация.	Выбрана и сформулирована тема проекта.	Сентябрь - октябрь
2. Обзор информационных ресурсов по выбранной теме.	Обзор литературы и интернет ресурсов по теме, уточнение тематического поля и темы проекта, её конкретизация.	Написан черновик вводной части проекта.	Ноябрь - декабрь
3. Определение содержания работы, постановка целей и задач.	Сбор и изучение информации по теме проекта; анализ имеющейся информации; построение алгоритма деятельности.	Поставлены цель и задачи проекта, построен алгоритм деятельности. Произведен анализ собранной информации по теме проекта.	Январь
4. Выполнение основной части проекта.	Выполнение запланированных технологических операций;	Выполнена основная часть проекта.	Февраль-март
5. Заключительный этап выполнения проекта.	Внесение изменений в конструкцию и технологию. Подготовка презентационных материалов; презентация проекта; изучение возможностей использования результатов проекта.	Подготовлены презентационные материалы. Произведена презентация проекта.	Март-апрель

Паспорт проекта

1. Учебный предмет, в рамках которого проводилась работа по проекту – физика.

2. Учебные дисциплины, близкие к теме проекта: физика.

3. Вид проекта – информационно-исследовательский.

4. Цель проекта: обобщить и структурировать информацию из разных источников о естественном и поляризованном свете, о применении поляризации света в разных сферах жизни, в очках; подготовить дидактические материалы к уроку.

5. Задачи проекта:

1. провести обзор литературы и интернет ресурсов по данной теме;

2. провести сравнение естественного и поляризованного света;

3. изучить краткую историю открытия поляризации;

4. исследовать применение поляризации света в природе и технике;

5. провести ряд опытов, демонстрирующих явление поляризации;

6. составить дидактические материалы к уроку.

Содержание

Введение

Глава 1. Естественный и поляризованный свет.

Глава2. В мире поляризованного света.

2.1. Поляризация в природе.

2.2. Применение поляроидов в быту и технике.

2.3. Закон Малюса.

Глава3. Опытное исследование поляризации в очках.

Глава4. Составление дидактических материалов по теме «Поляризация света в очках» для развития темы на уроках физики.

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Введение

Информацию обо всем, что находится вокруг нас, мы получаем через органы чувств, и немалую роль в этом процессе играет зрение. С помощью зрения мы получаем информации в 100 раз больше, чем с помощью слуха.

Человеческий глаз не способен реагировать по-разному на все сочетания световых лучей, которые попадают на его поверхность, поскольку в сетчатке глаза есть только три вида колбочек-клеток, воспринимающих цвет. Например, при относительно слабом освещении человек видит желтый цвет, если в глаз попадает небольшая часть лучей из желтой области спектра. Но точно так же глаз реагирует и на определенные смеси красных и зеленых лучей. Белый солнечный свет состоит из всех лучей спектра, однако хороший белый свет можно получить также при смешении лучей только двух длин волн – из красной и сине-зеленой частей спектра.

Зрительное восприятие затруднено в условиях ограниченной видимости, в темное время суток, в тумане, во время дождя, снегопада, на пыльной дороге. Зрительное восприятие зависит и от расположения солнца и тени. В. Рихтер пишет, что если солнце стоит низко над горизонтом, то дорога сильно блестит, что вызы­вает резкое сужение зрачков и ограничивает поступление в глаза света. В результате силуэты людей на дороге теряются, ухудшается видимость объектов, находящихся в тени. Если солнце стоит низ­ко и светит в спину, то возникающая впереди автомобиля тень ухудшает видимость. Кроме того, солнечные лучи, отражаясь в рассеивателях светофоров и задних фонарей автомобилей, создают фантом-эффект. При этом возникает иллюзия горения невключенного светофора, в резуль­тате чего трудно определить, какой же сигнал светофора горит в действительности, а также включен или нет сигнал поворота или стоп-сигнал впереди идущего автомобиля.

Такие световые природные явления происходят в результате прохождения света через среды с разной плотностью, где происходит его преломление. Кроме того, свет обладает двойственной природой: в одном случае представляет собой волну, а в другом – частицу (фотон). Чтобы избежать подобных эффектов можно использовать такое волновое свойство света как поляризация.

Поляризация света - это одно из свойств любого излучения в оптическом диапазоне. При поляризации колебания частиц светового луча, направленных на поперечную поверхность, осуществляются в одной и той же плоскости. Другие составляющие отсекаются. Поляризация света возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но человеческий глаз, как правило, не способен уловить изменение цветовых оттенков в результате усиления эффекта поляризации.

Поляризацию света используют в очках, в которых установлены специальные линзы, обладающие способностью блокировать отраженный от горизонтальных поверхностей солнечный свет.

Поляризационные очки защищают глаза от ослепляющих бликов, которые представляют собой отраженный от различных поверхностей свет. Световые лучи отражаются от дорожного полотна, лежащего на земле снега, от водной поверхности, от стен и крыш домов. Эти отраженные световые лучи образуют блики. Блики ухудшают качество зрения, мешают видеть детали, яркие блики ослепляют. Отражение тем сильнее, чем выше отражающая способность поверхности. Например, сильно отражаются солнечные лучи от мокрого дорожного полотна, особенно когда солнце стоит низко над горизонтом. Ослепление водителя в этих ситуациях увеличивает риск возникновения аварийной ситуации на дороге.

Актуальность работы:

Поляризационные очки в последнее время пользуются большим спросом среди людей, для которых нормальное видение окружающей обстановки без каких-либо помех является необходимым условием для повседневной работы. Изготовленные по специальным технологиям линзы очков с поляризацией способны нейтрализовать вредное воздействие на зрачки глаз отражённых от горизонтальных поверхностей лучей света и, таким образом, улучшают качество зрения, повышают контраст изображения, увеличивают зрительный комфорт в целом. 

Объектом исследования является явление поляризация света.

Предметом исследовательского интереса является практическое применение явления поляризации.

Практическая значимость: использование поляризации в производстве качественных противосолнечных очков.

Цель работы: обобщить и структурировать информацию из разных источников о естественном и поляризованном свете, о применении поляризации света в разных сферах жизни, в очках; подготовить дидактические материалы к уроку.

Задачи:

1. провести обзор литературы и интернет ресурсов по данной теме;

2. провести сравнение естественного и поляризованного света;

3. изучить краткую историю открытия поляризации;

4. исследовать применение поляризации света в природе и технике;

5. провести ряд опытов, демонстрирующих явление поляризации;

6. составить дидактические материалы к уроку.

Глава 1. Естественный и поляризованный свет.

Явление поляризации света, изучаемое и в школьном курсах физики, остается в памяти многих из нас как любопытный, находящий применение в технике, но не встречающийся в повседневной жизни оптический феномен. Голландский физик Г. Кеннен в своей статье, опубликованной в журнале «Натур эн техник», показывает, что это далеко не так – поляризованный свет буквально окружает нас.

Человеческий глаз весьма чувствителен к окраске (то есть длине волны) и яркости света, но третья характеристика света, поляризация, ему практически недоступна. Мы страдаем «поляризационной слепотой». В этом отношении некоторые представители животного мира гораздо совершеннее нас. Например, пчелы различают поляризацию света почти так же хорошо, как цвет или яркость. И так как поляризованный свет часто встречается в природе, им дано увидеть в окружающем мире нечто такое, что человеческому глазу совершенно недоступно. Человеку можно объяснить, что такое поляризация, с помощью специальных светофильтров он может увидеть, как меняется свет, если «вычесть» из него поляризацию, но представить себе картину мира «глазами пчелы» мы, видимо, не можем (тем более что зрение насекомых отличается от человеческого и во многих других отношениях) (приложение 1).

Поляризация - это выделение плоскополяризованной волны из естественного света. Так же можно сказать, что это ориентированность колебаний световой волны в пространстве. Эти колебания перпендикулярны направлению движения луча света. Элементарная световая частица (квант света) представляет собой волну, которую можно сравнить для наглядности с волной, которая побежит по канату, если, закрепив один его конец, другой встряхнуть рукой. Направление колебаний каната может быть различным, смотря по тому, в каком направлении встряхивать канат. Точно так же и направление колебаний волны кванта может быть разным. Пучок света состоит из множества квантов. Если их колебания различны, такой свет не поляризован, называется естественным. Если же все кванты имеют абсолютно одинаковую ориентацию, свет называют полностью поляризованным. Степень поляризации может быть различной в зависимости от того, какая доля квантов в нем обладает одинаковой ориентацией колебаний.

Существуют светофильтры, пропускающие только ту часть света, волны которой ориентированы определенным образом. Если через такой фильтр смотреть на поляризованный свет и при этом поворачивать фильтр, яркость пропускаемого света будет меняться. Она будет максимальна при совпадении направления пропускания фильтра с поляризацией света и минимальна при полном, (на 90°) расхождении этих направлений. С помощью фильтра можно обнаружить поляризацию, превышающую примерно 10%, а специальная аппаратура обнаруживает поляризацию порядка 0,1%.

Поляризационные фильтры, или поляроиды, продаются в магазинах фотопринадлежностей. Если через такой фильтр смотреть на чистое голубое небо (при облачности эффект выражен гораздо слабее) примерно в 90 градусах от направления на Солнце, то есть чтобы Солнце было сбоку, и при этом фильтр поворачивать, то ясно видно, что при некотором положении фильтра на небе появляется темная полоса. Это свидетельствует о поляризованности света, исходящего от этого участка неба. Поляроидный фильтр открывает нам явление, которое пчелы видят «простым глазом». Но не надо думать, что пчелы видят ту же темную полосу на небе. Наше положение можно сравнить с положением полного дальтоника, человека, неспособного видеть цвета. Тот, кто различает только черное, белое и различные оттенки серого цвета, мог бы, смотря на окружающий мир попеременно через светофильтры различного цвета, заметить, что картина мира несколько меняется. Например, через красный фильтр иначе выглядел бы красный мак на фоне зеленой травы, через желтый фильтр стали бы сильнее выделяться белые облака на голубом небе. Но фильтры не помогли бы дальтонику понять, как выглядит мир человека с цветным зрением. Так же, как цветные фильтры дальтонику, поляризационный фильтр может лишь подсказать нам, что у света есть какое-то свойство, не воспринимаемое глазом.

Поляризованность света, идущего от голубого неба, некоторые могут заметить и простым глазом. По данным известного советского физика академика С.И. Вавилова, этой способностью обладают 25...30% людей, хотя многие из них об этом не подозревают. При наблюдении поверхности, испускающей поляризованный свет (например, того же голубого неба), такие люди могут заметить в середине поля зрения слабо-желтую полоску с закругленными концами фигура Гайдингера (приложение 2).

В неполяризованном свете (приложение 3 (1)) колебания электрической и магнитной составляющей идут в самых разных плоскостях, которые можно свести к двум, выделенным на этом рисунке. Но колебаний по пути распространения луча нет (свет в отличие от звука – не продольные колебания). В поляризованном свете (2) выделена одна плоскость колебаний. В свете, поляризованном по кругу (циркулярно), эта плоскость закручивается в пространстве винтом (3). Упрощенная схема объясняет, почему поляризуется отраженный свет (4). Как уже сказано, все существующие в луче плоскости колебаний можно свести к двум, они показаны стрелками. Одна из стрелок смотрит на нас и условно видна нам как точка. После отражения света одно из существующих в нем направлений колебаний совпадает с новым направлением распространения луча, а электромагнитные колебания не могут быть направлены вдоль пути своего распространения.

Поляризованность света, исходящего от чистого неба, - лишь один из примеров явлений поляризации в природе. Другой распространенный случай – это поляризованность отраженного света, бликов, например, лежащих на поверхности воды или стеклянных витрин. Собственно, фотографические поляроидные фильтры и предназначены для того, чтобы фотограф мог в случае необходимости устранять эти мешающие блики (например, при съемке дна неглубокого водоема или фотографировании картин и музейных экспонатов, защищенных стеклом). Действие поляроидов в этих случаях основано на том, что отраженный свет в той или иной степени поляризован (степень поляризации зависит от угла падения света и при определенном угле, разном для разных веществ, – так называемом угле Брюстера – отраженный свет поляризован полностью). Если теперь смотреть на блик через поляроидный фильтр, нетрудно подобрать такой поворот фильтра, при котором блик полностью или в значительной мере подавляется.

Поляризация света неба была открыта в 1871 году (по другим источникам даже в 1809 году), но подробное теоретическое объяснение этого явления было дано лишь в середине нашего века. Тем не менее, как обнаружили историки, изучавшие древние скандинавские саги о плаваниях викингов, отважные мореходы почти тысячу лет назад пользовались поляризацией неба для навигации. Обычно они плавали, ориентируясь по Солнцу, но, когда светило было скрыто за сплошной облачностью, что не редкость в северных широтах, викинги смотрели на небо через специальный «солнечный камень», который позволял увидеть на небе темную полоску в 90° от направления на Солнце, если облака не слишком плотны. По этой полосе можно судить, где находится Солнце. «Солнечный камень» – видимо, один из прозрачных минералов, обладающих поляризационными свойствами (скорее всего распространенный на севере Европы исландский шпат), а появление на небе более темной полосы объясняется тем, что, хотя за облаками Солнца и не видно, свет неба, проникающий через облака, остается в какой-то степени поляризованным. Несколько лет назад, проверяя это предположение историков, летчик провел небольшой самолет из Норвегии в Гренландию, в качестве навигационного прибора пользуясь только кристаллом минерала кордиерита, поляризующего свет.

Глава 2. В мире поляризованного света.

2.1. Поляризация в природе.

Уже говорилось, что многие насекомые в отличие от человека видят поляризацию света. Пчелы и муравьи не хуже викингов пользуются этой своей способностью для ориентировки в тех случаях, когда Солнце закрыто облаками. Что придает глазу насекомых такую способность? Дело в том, что в глазе млекопитающих (и в том числе человека) молекулы светочувствительного пигмента родопсина расположены беспорядочно, а в глазе насекомого те же молекулы уложены аккуратными рядами, ориентированы в одном направлении, что и позволяет им сильнее реагировать на тот свет, колебания которого соответствуют плоскости размещения молекул. Фигуру Гайдингера можно видеть потому, что часть нашей сетчатки покрыта тонкими, идущими параллельно волокнами, которые частично поляризуют свет.

Любопытные поляризационные эффекты наблюдаются и при редких небесных оптических явлениях, таких, как радуга и гало. То, что свет радуги сильно поляризован, обнаружили в 1811 году. Вращая поляроидный фильтр, можно сделать радугу почти невидимой. Поляризован и свет гало – светящихся кругов или дуг, появляющихся иногда вокруг Солнца и Луны. В образовании и радуги и гало наряду с преломлением участвует отражение света, а оба эти процесса, как мы уже знаем, приводят к поляризации. Поляризованы и некоторые виды полярного сияния.

Наконец, следует отметить, что поляризован и свет некоторых астрономических объектов. Наиболее известный пример – Крабовидная туманность в созвездии Тельца. Свет, испускаемый ею, – это так называемое синхротронное излучение, возникающее, когда быстро летящие электроны тормозятся магнитным полем. Синхротронное излучение всегда поляризовано.

Вернувшись на Землю, отметим, что некоторые виды жуков, обладающие металлическим блеском, превращают свет, отраженный от их спинки, в поляризованный по кругу. Так называют поляризованный свет, плоскость поляризации которого закручена в пространстве винтообразно, налево или направо. Металлический отблеск спинки такого жука при рассмотрении через специальный фильтр, выявляющий круговую поляризацию, оказывается левозакрученным. Все эти жуки относятся к семейству скарабеев, В чем биологический смысл описанного явления, пока неизвестно.

Любопытный факт: глаз человека легко различает длину волны (цветовой аспект света) и интенсивность, а вот регистрация поляризации доступна косвенно. В то же время, многие насекомые с фасеточными глазами отлично различают поляризацию волны. Считается, что это помогает им ориентироваться.

Различают поляризацию и муравьи, и мухи с пчелами; некоторые костистые рыбы, и головастики лягушек, кальмары, каракатицы и осьминоги. Зачем им видеть поляризованный свет? Свет, идущий от синего неба, поляризован, и поляризация в любой точке неба зависит от ее положения относительно солнца. Поэтому пчела может ориентироваться по солнцу, даже если оно закрыто облаками и виден лишь кусочек синего неба: поляризация укажет направление на солнце. Но представить себе кальмара или каракатицу, ориентирующуюся по солнцу, довольно трудно. Для чего же им нужна такая способность? Для кальмара его поляризационное зрение – это радар, видящий «стелсы»! Учёные изучили в поляризационном микроскопе совершенно прозрачных (для человеческого глаза) планктонных животных, на которых охотятся мелкие или молодые кальмары. Оказалось, в поляризованном свете видны не только глаза, но и мускулатура, а также усики-антенны рачков. Не очень хорошо, но видны. И кальмары этим пользуются.

Проявление поляризации в природе: свет, исходящий от чистого неба поляризован; отраженные блики света, лежащие на поверхности воды так же поляризованы.

В пределах Солнечной системы поляризация электромагнитного излучения позволяет получить ценную информацию о химическом составе облаков, покрывающих планеты, о составе и строении комет и других объектов, установить силикатную природу пылинок, входящих в состав головы ряда исследованных комет.

2.2. Применение поляроидов в быту и технике.

Чтобы поляризовать свет существуют поляроиды - светофильтры. Поляроид представляет собой тонкую поляризационную пленку, в которой происходит двойное лучепреломление, как правило, заклеенную между двумя прозрачными плёнками или стёклами для защиты от влаги и механических повреждений. Плёнка поляроид широко используется для разнообразных целей.

Некоторые примеры применения поляроидов:

- солнцезащитные и антибликовые очки;

- поляроидные фильтры в фотоаппаратах;

- обнаружение дефектов в изделиях из прозрачного материала;

- жидкокристаллические мониторы;

- стереомониторы и стереочки;

- устранение бликов при фотосъемке (например, дна неглубокого водоема или картин и музейных экспонатов, защищенных стеклом);

- применение поляроидов в противосолнечных очках или ветровом стекле позволяет убрать мешающие, слепящие блики от поверхности моря или влажного шоссе.

Солнцезащитные поляризованные и антибликовые очки обеспечивают безопасное вождение ночью, днем, в сумерки, туман и зимой. Поляризованные линзы снимают блики от лобового стекла, от мокрой дороги, от снега, улучшают видимость в любую погоду. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля. Поляризованный свет предлагали использовать для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля. Поляризацию света используют для изучения свойств космической пыли. В обычном излучении звезд имеются волны, колеблющиеся во всех направлениях. В потоке света, прошедшем через облако вытянутых, одинаково ориентированных пылинок, присутствует уже не все направления колебаний. То есть излучение становится поляризованным. Измерение степени поляризации света звезд позволяет судить о форме и размерах пылевых частиц.

Поляризация света в огромной степени зависит от особенностей вещества или расположения атомов в его кристаллической решетке (для твердых тел, например, прозрачных кристаллов). Первые опыты были произведены с кристаллами и лишь впоследствии ученые обратили внимание на газообразные среды (атмосфера). Поляризация света также зависит от расположения наблюдателя (датчика, фотоэлемента и пр.). Таким образом, с увеличением угла между направлением света от источника и вектором, указывающим на направленность луча зрения, поляризация возрастает. Если же направления параллельны, то при идеальных условиях поляризация отсутствует.

2.3. Закон Малюса.

Почему поляризован отраженный свет и рассеянный свет неба? Полный и математически строгий ответ на этот вопрос выходит за рамки небольшой научно-популярной публикации. Поляризация в этих случаях связана с тем, что колебания даже в неполяризованном луче уже в определенном смысле «поляризованы»: свет в отличие от звука не продольные, а поперечные колебания. В луче нет колебаний по пути его распространения (см. схему). Колебания и магнитной и электрической составляющей электромагнитных волн в неполяризованном луче направлены во все стороны от его оси, но не по этой оси. Все направления этих колебаний можно свести к двум, взаимно перпендикулярным. Когда луч отражается от плоскости, он меняет направление и одно из двух направлений колебаний становится «запретным», так как совпадает с новым направлением распространения луча. Луч становится поляризованным. В прозрачном веществе часть света уходит вглубь, преломляясь, и преломленный свет тоже, хотя и в меньшей степени, чем отраженный, поляризован.

Рассеянный свет неба ни что иное, как солнечный свет, претерпевший многократное отражение от молекул воздуха, преломившийся в капельках воды или ледяных кристаллах. Поэтому в определенном направлении от Солнца он поляризован. Поляризация происходит не только при направленном отражении (например, от водной глади), но и при диффузном. Так, с помощью поляроидного фильтра не трудно убедиться, что поляризован свет, отраженный от покрытия шоссе. При этом действует удивительная зависимость: чем темнее поверхность, тем сильнее поляризован отраженный от нее свет. Эта зависимость получила название закона Умова, по имени русского физика, открывшего ее в 1905 году. Асфальтовое шоссе в соответствии с законом Умова поляризовано сильнее, чем бетонное, влажное – сильнее, чем сухое. Влажная поверхность не только сильнее блестит, но она еще и темнее сухой.

Заметим, что свет, отраженный от поверхности металлов (в том числе от зеркал – ведь каждое зеркало покрыто тонким слоем металла), не поляризован. Это связано с высокой проводимостью металлов, с тем, что в них очень много свободных электронов. Отражение электромагнитных волн от таких поверхностей происходит иначе, чем от поверхностей диэлектрических, непроводящих.

В 1809 году французский инженер Этьен Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватой окраски). Пластинки можно было поворачивать друг относительно друга на угол φ (приложение 4). Интенсивность прошедшего света прямо пропорциональна cos² φ. Поляризация доказывает поперечность световых волн.

Глава3. Опытное исследование поляризации в очках.

Рассмотрим явление поляризации с помощью простейших приборов: поляризованных солнцезащитных очков и излучения дисплея ноутбука.

Поляризованный свет можно получить при помощи поляризаторов. Если посмотреть через тонкую кристаллическую пленку (поляризатор) на естественный свет и покрутить его вокруг своей оси, то ничего не произойдет. Однако если пропустить свет через две такие пластинки, мы обнаруживаем у него новые свойства. При вращении одной пластинки относительно другой интенсивность прошедшего света будет меняться от полного пропускания в случае, когда плоскости поляризации обоих пластинок совпадают, до полного гашения, в случае, когда эти плоскости перпендикулярны.

Получить из естественного, неполяризованного света линейно-поляризованный можно несколькими способами. Наиболее часто применяют полимерные плёнки с длинными молекулами, ориентированными в одном направлении, призмы и пластинки, обладающие двойным лучепреломлением, или оптической анизотропией (неодинаковости физических свойств по различным направлениям).

Оптическая анизотропия наблюдается у многих кристаллов турмалина, исландского шпата, кварца. Само явление двойного лучепреломления заключается в том, что луч света, падающий на кристалл, разделяется в нём на два. При этом показатель преломления кристалла для одного из этих лучей постоянен при любом угле падения входного луча, а для другого зависит от угла падения (то есть для него кристалл анизотропен). Это обстоятельство настолько поразило первооткрывателей, что первый луч назвали обыкновенным, а второй необыкновенным. И весьма существенно, что эти лучи линейно-поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

В таких кристаллах существует одно направление, по которому двойного преломления не происходит. Это направление называется оптической осью кристалла, а сам кристалл одноосным. Оптическая ось - это именно направление, все идущие вдоль него линии обладают свойством оптической оси. Известны также двухосные кристаллы слюда, гипс и другие. В них также происходит двойное преломление, но оба луча оказываются необыкновенными. В двухосных кристаллах наблюдаются более сложные явления, которых мы касаться не станем.

Проведем опыты с помощью поляризованных очков. Мы проверим поляризованность света, испускаемого различными источниками света.

Опыт 1. Возьмём два поляроида, сложим их и посмотрим сквозь них на жидкокристаллический монитор. Если оси пропускания обоих поляроидов (то есть направления, в которых они поляризуют свет) совпадают, глаз увидит свет максимальной яркости; если они перпендикулярны, свет практически полностью погасится. (Приложение,фото1).

Это происходит потому, что первый поляроид (неподвижный) пропускает свет с вертикальной поляризацией, а тот, который повернули, пропускает свет только с горизонтальной поляризацией, в результате тот свет, который смог пройти первый поляроид отсекается вторым.

Данное явление можно используют для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля и предотвращения ДТП. Если на ветровое стекло и фары автомобиля нанести плёночные поляроиды с углом пропускания 45⁰, например, вправо от вертикали, водитель будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещенные собственными фарами. Но у встречных автомобилей поляроиды фар окажутся скрещенными с поляроидом ветрового стекла данного автомобиля, и свет фар встречных машин погаснет.

Опыт 2. Если смотреть на небо, то убеждаемся, что рассеянный свет голубого неба даёт частично поляризованный свет, т.к. изображение, полученное через поляризованную линзу темнее. (приложение фото2)

Опыт 3. Свет, отражённый от стекла, поляризован, т.к. при повороте поляризатора на 90 градусов свет полностью исчезает.

(приложение фото3)

Опыт 4. Предмет из абсолютно прозрачной пластмассы – линейка, коробочка для CD-дисков, помещённые между жидкокристаллическим экраном и анализатором (очки-поляроиды), приобретает радужную окраску.

(приложение фото 4)

Причина этого явления в том, что прозрачный для естественного света материал на самом деле анизотропен. Его физические свойства, в том числе показатели преломления разных участков предмета, неодинаковы. Световой луч в нём расщепляется на два, которые идут с разными скоростями и поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Интенсивность поляризованного света, результат сложения двух световых волн, при этом не изменится. Но анализатор вырежет из него две плоско-поляризованные волны, колеблющиеся в одной плоскости, которые станут интерферировать. Малейшее изменение толщины пластинки или напряжений в её толще приводит к появлению разности хода волн и возникновению окраски.

Опыт 5. Наполним банку водой, затем добавим в нее несколько капель туши и размешаем. Освещаем сосуд источником света. Если смотреть перпендикулярно направлению распространения света, то виден след луча в колбе. Это рассеянный частичками свет. Наблюдая его через поляризатор, можно обнаружить, что он плоскополяризован, поскольку при вращении поляризатора след пучка света в колбе гаснет два раза за один оборот поляризатора. (приложение фото 5).

Рассеянный частичками, взвешенными в жидкости, свет поляризован. Вынужденное рассеяние света и его поляризация нашло широкое практическое применение в комбинационных лазерах для эффективного преобразования частоты лазерного излучения; в лазерной спектроскопии, позволяющей проводить количественный и качественный газовый анализ.

Любое устройство с цветным жидкокристаллическим экраном (монитор, ноутбук, телевизор, DVD-плеер, карманный компьютер, смартфон, коммуникатор, телефон, электронную фоторамку, MP3-плеер, цифровой фотоаппарат) можно использовать в качестве поляризатора (прибора, создающего поляризованный свет).

Дело в том, что сам принцип работы жидкокристаллического монитора основан на обработке поляризованного света.

Две совершенно одинаковые пластинки из слегка затемнённого стекла или гибкого пластика, сложенные вместе, практически прозрачны. Но стоит повернуть какую-нибудь одну на 90 градусов, как перед глазом окажется сплошная чернота. Это может показаться чудом: ведь каждая пластинка прозрачна при любом повороте. Однако внимательный взгляд обнаружит, что при определённых углах её поворота блики от воды, стекла и полированных поверхностей исчезают. Это же можно наблюдать, рассматривая экран компьютерного жидкокристаллического монитора через пластинку: при её повороте яркость экрана меняется и при определённых положениях гаснет совсем. «Виновник» всех этих (и многих других) любопытных явлений - поляризованный свет.

Поляризация света имеет множество интересных применений. В поляризованном свете очень удобно изучать распределение механических напряжений в деталях машин и механизмов, строительных конструкциях. Из прозрачной пластмассы делают плоскую модель детали (балки, опоры, рычага) и прикладывают к ней нагрузку, моделирующую реальную. Разноцветные полосы, возникающие в поляризованном свете, указывают на слабые места детали (острый угол, сильный изгиб и пр.) - в них концентрируются напряжения. Меняя форму детали, добиваются наибольшей её прочности.

(Приложение 10)

Глава4. Составление дидактических материалов по теме «Поляризация света в очках» для развития темы на уроках физики.

Заключение

В ходе работы над проектом я узнал особенности естественного и поляризованного света. Познакомился с историей открытия данного явления, и узнал широкий спектр применения поляризации.

Мною были проведены опыты по поляризации, с использованием очков –поляроидов, фотографии опытов и выводы из них можно применять на уроках физики.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что на практике довольно часто сталкиваемся не с естественным, а с частично поляризованным светом. Также в мире все больше появляется вещей, необходимых не только для комфорта человека, но и для различных научных исследований, основанных на использовании явления поляризации света.

Поляризационные очки активно применяются водителями автотранспорта и полярными исследователями. Главный полезный эффект, ради которого и носят поляризационные очки — защита глаз от слепящих бликов, возникающих в результате отражения солнечных лучей от разных поверхностей. Блики можно наблюдать, когда дневной свет падает на дорожное полотно, снег, покрывающий землю, водную гладь водоемов, а также стены и крыши различных построек. Блики могут нанести вред нашему зрению, ухудшают восприятие деталей, заставляют слепнуть. Если поверхность обладает повышенным свойством к отражению, то это увеличивает силу последнего. Скажем, сильное отражение может возникнуть, если солнечный свет падает на мокрое дорожное полотно. Это явление может сильно навредить в те моменты, когда солнце расположено низко над горизонтом. Наибольшую угрозу оно представляет для водителей, так как из-за бликов повышается вероятность возникновения ДТП. Распространению солнцезащитных очков способствовало их свойство блокировать отраженный свет. Это положительным образом сказывалось на качестве зрения.

Особенностью поляризационных очков, заключается в том, что они не только обеспечивают поляризационный эффект, но и в состоянии защитить глаза от вредного воздействия ультрафиолета. С ними лучи солнца становятся менее яркими, что связано с уменьшением силы светового потока, который идет в глаза. Через эти очки проходит не более 50% солнечных лучей. При этом их эффективность можно еще больше повысить за счет дополнительного затемнения. Что касается обычных солнцезащитных линз, то им не под силу защитить глаза от бликов, которые возникают на поверхности воды, снега, дорожного полотна и пр. Причем ситуацию не может изменить даже наличие специальных просветляющих покрытий. Дело в том, что эти линзы лишены свойства блокировать поляризованный свет. Поэтому единственное, на что способны солнцезащитные очки — ослабить поток лучей света, которые поступают в глаза.

Так же я разработал дидактические материалы к уроку по теме поляризация.

Все поставленные задачи выполнены и цель проекта достигнута.

Список использованной литературы

1. Ахманов С.А. Физическая оптика / С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. – М., 2004
2. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. Образования/ В.Ф. Дмитриева - М., 2014.

3. Ищенко Е.Ф. Поляризационные устройства. Учебное пособие / Е.Ф. Ищенко, А.Л. Соколов. - МЭИ. Москва, 2002.

4. Прохоров А.М. Физический энциклопедический словарь/ А. М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1983.

5. Интернет – ресурсы:

http://ru.wikipedia.org
http://portal.tpu.ru
http://don.on.ufanet.ru

6. Голубев А. В мире поляризованного света//Наука и жизнь.– 2008.–№5.–http://www.nkj.ru/archive/articles/13930/

7. Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты //Квант. — 1999. — № 4. —http://www.physbook.ru/index.php/Kvant

Приложение

Приложение 1. Схема строения зрительных рецепторов человека (слева) и членистоногого (справа). У человека молекулы родопсина расположены беспорядочно с складках внутриклеточной мембраны, у членистоногих – на выростах клетки, аккуратными рядами

Приложение 2. Фигура Гайдингера

Приложение 3.

Приложение 4. Опыт с турмалином. Закон Малюса.

Приложение 5. Фото опыта 1. Приложение 6. Фото опыта 2. Приложение 7. Фото опыта 3. Приложение 8. Фото опыта 4. Приложение 9. Фото опыта 5. Приложение 10. Применение поляризационного света. 1) Молекулярная физика – пищевая промышленность. Поляризованный свет применяется при изучении структуры вещества и его поверхности, при изучении поляризации молекул веществ. Явление вращения плоскости поляризации составляет основу методов сахариметрии – определенная концентрация растворов. 2) Геология. Геологи, исследуя в поляризованном свете различные минералы и изделия, могут отличить природные от искусственных, поддельные от настоящих. 3) Фотография. Фотографы, выполняя репродукции с картин в застекленных рамах, могут легко уничтожить мешающие им блики от стекла, надевая на объектив поляризованный фильтр. 4) Оптика. Поляризованный бинокль помогает капитанам вести корабль по правильному курсу, уничтожая при наблюдении мешающие световые блики на морских волнах. Поляризационные микроскопы позволяют ученым, изучая тончайшие срезы минералов (шлифы), выяснить структуру вещества. Поляризационные очки используют в стереокино, дающем иллюзию объемности. 5) Техника. Поляризация света широко используется при необходимости плавной регулировки интенсивности светового пучка. Поляризация света применяется также в создании жидкокристаллических дисплеев, которые используются во многих устройствах, включая часы, экраны компьютеров, таймеры. 6) Астрономия. Спектральное разложение света может быть достоверным индикатором присутствия жидкой воды, необходимой для формирования жизни земного типа. Определение угла поляризации позволяет с высокой точностью определять состав жидкости, преломляющей свет.