С.ТРАНКОВСКИЙ.

Нас окружаетразноцветный мир. Прозрачныепластмассы и многие стекла на самомделе переливаются всеми цветамирадуги. Эта игра красокневооруженному глазу недоступна:она возникает в поляризованномсвете. Однако увидеть ее позволитнесложное самодельноеприспособление - полярископ.

ПОЛЯРИЗОВАННЫЙСВЕТ

ИЛЛЮСТРАЦИИ

Поляризацияпроисходит при прохождении светасквозь некоторые кристаллы(турмалин, исландский шпат) и тонкиепленки из синтетическихматериалов. Свет, прошедший черезтакой поляризатор, на взгляд ничемне отличается от обычного. Но еслина пути поляризованного лучапоместить второй кристалл иликусок пленки - анализатор,- станут видны его особые свойства.

Свет, излученныйСолнцем или обыкновеннойэлектрической лампой, состоит изэлектромагнитных волн, совершающихколебания во всех возможныхнаправлениях вокруг световоголуча. Из этих неупорядоченныхколебаний можно "вырезать"волну с одним-единственнымнаправлением колебаний в однойплоскости. Такой свет называетсяплоскополяризованным.

САМОДЕЛЬНЫЕПОЛЯРИЗАТОРЫ

При поворотеанализатора вокруг оси,совпадающей с направлением луча,проходящий свет периодическипропадает. Это происходит в тотмомент, когда поляризаторы"скрещены" - пропускаютколебания во взаимноперпендикулярных направлениях.Если же между скрещеннымиполяроидами поместить нескольколисточков целлофана или полоскупрозрачной пластмассы, станутвидны разноцветные полосы,покрывающие всю поверхность.

В начале XIX векафранцузский военный инженер ЭтьенМалюс обнаружил, что свет,отраженный от поверхности воды илистекла, поляризуется так же, как припрохождении сквозь исландскийшпат. В 1815 году шотландский физикДэвид Брюстер открыл замечательныйзакон, названный его именем: светполностью поляризуется, еслипадает на поверхность вещества подуглом, тангенс которого равенпоказателю преломления вещества.При этом преломленный луч пойдетперпендикулярно отраженному ибудет максимально (но не полностью!)поляризован. Если же светпропустить через стопку стеклянныхпластин, степень поляризации будетвозрастать пропорционально числуповерхностей. И на практике бываетдостаточно семи - восьми пластинок,чтобы получитьполностью поляризованный свет.Важно, что поляризация происходиттолько при отражении отдиэлектрика, изолятора. Отражениеот металла (например, покрывающегозеркала) происходит по другимзаконам и света не поляризует.

В научныхлабораториях в качествеполяризационных приспособленийобычно используют призмы,склеенные из стекла и исландскогошпата. Такую призму называютниколем, ее предложил в 1820 годуанглийский физик Уильям Николь.Реже применяются поляризаторы изсинтетической пленки. Но самомуможно изготовить гораздо болеепростое устройство.

Первыеполяризационные приспособленияиспользовали именно свойстваотраженного света. Их простотапозволяет самим сделатьполяризаторы двух типов,работающие не хуже лабораторных.

Посмотрим, подкаким углом должен падать луч наповерхность стекла, чтобыполностью поляризоваться приотражении. Коэффициент преломлениястекла n = 1,5 -1, Легко подсчитать, что если tgj=1,6,то угол поляризации j=57о. Дляводы (n = 1,3) j = 53o. Этот уголотсчитывается от перпендикуляра кповерхности.

Для этого изтонкой фанеры, пластмассы илиплотного картона собирают двекоробчатые стойки, вклеив в нихстекла под углом 33о кгоризонтальной плоскости. В крышкеодной стойки (поляризатора)вырезают окно и закрывают егокуском стекла - оно послужитпредметным столиком. Другую стойку(анализатор) помещают сверху ирассматривают отражение объекта,лежащего на столике.

Для изготовленияпервой модели понадобятся дванебольших прямоугольных листастекла. Их покрывают с однойстороны ровным слоем черной краскии закрепляют так, чтобы свет на нихпадал под углом поляризации.

Посмотрим, чтоможно увидеть с помощью сделаннойаппаратуры.

Для поляризатороввторой модели понадобится уже по 7 -8 стеклянных пластинок, итребования к их качеству будутболее высокими. Стекло должно бытьпрозрачным, а поверхность - гладкой.Чем тоньше пластинки, тем легчебудет прибор. Идеальным материаломбыли бы квадратные покровныестекла, применяемые в микроскопиидля защиты препаратов. Их толщинаоколо 0,15 мм,размер - от сантиметра до пяти.Подходят и предметные стеклатолщиной около 1 мм. Купить их можнов магазинах медицинской илабораторной техники. Не хуже истекла, вырезанные из старыхфотопластинок. Но этот материал,похоже, сегодня еще менее доступен,поэтому придется, скорее всего,довольствоваться простым оконнымстеклом. Из него вырезают полоскипроизвольного размера ссоотношением сторон 2 : 1 (тогда окнополяризатора будет квадратным) илибольше. Стопку стекол закрепляют втрубке квадратного сечения подуглом 33о к лучу зрения. Паратаких приборов образуетполяризатор с анализатором.

В однородномвеществе свет распространяется повсем направлениям с однойскоростью. Постоянны и другиефизические свойства - твердость,упругость, теплопроводность. Такиевещества называются изотропными.Если же к пластине такого материалаприложить внешнее воздействие -сжать ее или изогнуть, - в немвозникнут деформации и появятсявыделенные направления. Свойствавещества вдоль этих направлений ипоперек них станут неодинаковыми,возникнет анизотропия. Световойлуч в таком веществе расщепится надва, и двигаться они станут сразными скоростями. Более того: онибудут поляризованы во взаимноперпендикулярных направлениях ивзаимодействовать не будут.

ИСКУССТВЕННАЯАНИЗОТРОПИЯ

Сильнойанизотропией обладает целлофан.Этот упаковочный материал делаютиз вискозы, продукта переработкидревесины. При изготовлениицеллофановая пленка сильнорастягивается, выстраиваяцепочками длинные органическиемолекулы.

И для обычного, идля поляризованного света ничегоне изменится: суммарнаяинтенсивность двух лучей останетсяпрежней. Но анализатор, стоящийпосле пластины, "вырежет" изних две волны, колеблющиеся в однойплоскости. А поскольку их породилодин исходный луч, волны станутинтерферировать. Малейшиеизменения толщины пластинки ивеличины деформации в ней приводятк возникновению разности хода волн.Появится разноцветная картина,подобная той, что бывает наповерхности воды с пленкой маслаили бензина. Ее можно наблюдать припомощи сделанных приборов.

В поляризованномсвете становятся видны напряженияв линейках, коробках и корпусахшариковых ручек из прозрачнойпластмассы. В куске стекла, сжатомпассатижами, появятся цветныеполосы, которые исчезают послеснятия нагрузки. А в закаленномстекле, которое стоит в окнахавтомобилей и вагонов, этинапряжения сохраняются и бываютзаметны в виде многочисленныхрадужных пятен.

Кусочки целлофанас пачки сигарет складывают вместе,ориентируя их в разныхнаправлениях, и помещают междуполяроидами. Прозрачная пленкаокрасится в изумительные почистоте и яркости цвета (см. 4-ю стр.цв. вкладки). При повороте одного изполяризаторов цвета будут менятьсяна дополнительные: красныйсделается зеленым, синий - желтым инаоборот.

ПРИРОДНАЯПОЛЯРИЗАЦИЯ

Поляризационныеметоды позволяют увидеть, как будетвести себя деталь при работе. Изорганического стекла вырезаютплоскую модель спроектированнойдетали и подвергают нагрузке,аналогичной реальной. Цветныеполосы будут тем тоньше ирасположатся тем гуще, чем вышеконцентрация напряжений; они укажут на области,с которых начнется разрушениедетали.

Солнечный светсильно поляризуется, рассеиваясьна молекулах воздуха, причем вразных направлениях относительноСолнца по-разному. Обнаружить этоможно при помощи стеклянной стопыили "черного" зеркала,посмотрев, как меняется яркостьнебесной сферы в области зенита взависимости от азимута наблюдения.

Свет Солнца илиобыкновенной лампы неполяризован.Однако на пути к наблюдателю егосвойства могут меняться.

Отчетливо виднытемные области и на отражении отгладкой поверхности воды (смотретьна нее нужно под углом чуть больше 50о).Когда Солнце стоит низко, вода насевере и на юге кажется заметнотемнее, чем на востоке и на западе. Апрозрачные облака на отражениивидны гораздо отчетливее: их светне поляризован и ослабляетсяменьше.

Если"зеркало" держать на высотеоколо 20 см над уровнем глаз, свет отзенита станет отражаться в нем подуглом поляризации. Еще удобнеерассматривать небо сквозьстеклянную стопу. Поворачиваясьвокруг вертикальной оси, можнозаметить, что отражение яркое,когда Солнце спереди или за спиной,и темное, когда оно справа илислева. Этот же результат получится,если рассматривать в "зеркало"отражение неба вблизи горизонта.Очевидно, что рассеянный солнечныйсвет сильно поляризован внаправлении, перпендикулярномнаправлению на Солнце. А колебанияэлектромагнитной волны направленыперпендикулярно плоскости,проходящей через Солнце,наблюдаемую точку и глаз.

Если несколькоминут рассматривать отражениеголубого неба в "зеркале",покажется, что ровный фонпокрывается как бы сеткой. Вскорена ее месте возникнет желтоватоепятно, напоминающее платяную щетку,с синими пятнами по бокам. Она будетвидна также, если поглядеть сквозьстеклянную стопу, медленно вращаяее, на белое облако ("щетка" приэтом тоже будет поворачиваться).Размеры ее весьма значительны - 4о,в 8 раз больше диаметра полной Луны,но яркость и контрастность оченьмалы. Дуга, продолженная черезжелтую "щетку", обычнопроходит через Солнце. Однако вузкой области возле него удаетсянаблюдать "щетку",направленную под прямым углом кэтому направлению. Для этого нужноотвернуться от Солнца и смотреть наотражение в стекле, заслонив яркийсолнечный зайчик.

При помощиполяризатора можно увидеть и ещеодно любопытное небесное явление -так называемую "щеткуГайдингера". Ее наблюдениетребует терпения и некоторойпрактики.

До сих пор невполне понятно, каким образом глазвидит поляризованный свет. ГерманГельмгольц, немецкий физик иестествоиспытатель, многозанимавшийся физиологией зрения,считал, что причина кроется вструктуре сетчатки.Светочувствительные клетки глазаобладают анизотропией и поглощаютсиние лучи сильнее, чем желтые.Однако это не объясняет, почемунекоторые видят "щетку" в видесиней полосы с желтыми пятнами побокам. Возможно, это связано сразличиями в индивидуальнойструктуре сетчатки. Но все равноостается непонятным, почему, когдаглаз устает, непрерывным кажется тожелтое, то синее пятно.

При определенномнавыке и после долгих тренировокмногим удается видеть "щетку"и без поляризатора, невооруженнымглазом. Лев Толстой в повести"Юность", например, упомянул"...чистое небо, на котором, каксмотришь пристально, вдругпоказывается как будто пыльноежелтоватое пятнышко и сноваисчезает...".

Переписка считателями