PL 
EnglishDomyślny
Українська🕶️ Polaryzacja światła — prawo Malusa i polaryzatory
Światło jest falą poprzeczną. Polaryzator przepuszcza tylko jedną orientację; drugi polaryzator pod kątem θ przepuszcza natężenie I=I₀cos²θ — prawo Malusa. Skrzyżuj je, a światło zniknie.
O symulatorze polaryzacji światła
Światło niespolaryzowane ma pole elektryczne skierowane jednocześnie we wszystkich kierunkach poprzecznych. Polaryzator ma oś transmisji i przepuszcza tylko tę składową pola, która jest z nią zgodna, więc światło niespolaryzowane wychodzące z pojedynczego polaryzatora jest spolaryzowane liniowo wzdłuż tej osi, przy natężeniu mniej więcej o połowę mniejszym niż pierwotne. Drugi polaryzator ustawiony pod kątem θ do pierwszego przepuszcza wtedy I = I₀cos²θ już spolaryzowanego światła — prawo Malusa — ponieważ przetrwa jedynie rzut pola na oś drugiego polaryzatora, a natężenie jest proporcjonalne do kwadratu tego zrzutowanego pola.
Ten symulator pozwala płynnie obracać analizator i na bieżąco odczytywać przepuszczone natężenie, co bezpośrednio pokazuje, dlaczego dwa skrzyżowane polaryzatory blokują praktycznie całe światło, mimo że każdy z osobna przepuszcza go sporo. Przełączenie w tryb płytki ćwierćfalowej pokazuje inne zjawisko: zamiast blokować składowe, płytka opóźnia jeden kierunek polaryzacji o ćwierć długości fali względem drugiego, więc światło liniowe wchodzące pod kątem 45° do jej osi wychodzi jako światło spolaryzowane kołowo, którego wektor pola obraca się równomiernie w miarę propagacji fali.
Często zadawane pytania
Czym jest polaryzacja światła?
Światło to poprzeczna fala elektromagnetyczna: jej pole elektryczne oscyluje prostopadle do kierunku rozchodzenia się. Polaryzacja opisuje orientację tej oscylacji pola elektrycznego. W świetle spolaryzowanym liniowo pole pozostaje w jednej płaszczyźnie; światło niespolaryzowane ma pola skierowane we wszystkich kierunkach poprzecznych.
Co robi polaryzator?
Polaryzator ma oś transmisji i przepuszcza tylko tę składową pola elektrycznego, która jest z nią zgodna. Światło niespolaryzowane po przejściu przez niego staje się spolaryzowane liniowo wzdłuż tej osi, a jego natężenie spada mniej więcej o połowę.
Czym jest prawo Malusa?
Prawo Malusa podaje natężenie przepuszczane przez drugi polaryzator (analizator) ustawiony pod kątem θ do pierwszego: I = I₀cos²θ, gdzie I₀ to natężenie po pierwszym polaryzatorze. Przy θ=0 przechodzi całe światło; przy θ=90° nie przechodzi nic.
Dlaczego skrzyżowane polaryzatory blokują całe światło?
Gdy dwa polaryzatory są skrzyżowane (θ=90°), oś transmisji analizatora jest prostopadła do padającej polaryzacji. Rzutowana składowa wynosi E₀cos90°=0, więc cos²90°=0 i żadne światło nie jest przepuszczane.
Dlaczego w prawie Malusa pojawia się cos²?
Analizator przepuszcza tylko składową pola wzdłuż swojej osi: E = E₀cosθ. Natężenie jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy pola, więc I ∝ E² = E₀²cos²θ, co daje I = I₀cos²θ.
Czym jest płytka ćwierćfalowa?
Płytka ćwierćfalowa to kryształ dwójłomny, który opóźnia jedną składową polaryzacji o ćwierć długości fali (fazę 90°). Gdy światło spolaryzowane liniowo wchodzi pod kątem 45° do jej osi, obie składowe łączą się w polaryzację kołową, w której wektor pola obraca się w miarę propagacji fali.
Czym jest polaryzacja kołowa?
W świetle spolaryzowanym kołowo wektor pola elektrycznego zachowuje stałą wielkość, ale obraca się jednostajnie wokół kierunku propagacji, kreśląc helisę. Powstaje z dwóch prostopadłych składowych liniowych o równej amplitudzie i różnicy fazy 90°.
Dlaczego niebo wygląda na spolaryzowane?
Światło słoneczne rozpraszane przez cząsteczki powietrza (rozpraszanie Rayleigha) staje się częściowo spolaryzowane, najsilniej pod kątem 90° od Słońca. Polaryzacyjne okulary przeciwsłoneczne oraz obracany polaryzator ujawniają to, przyciemniając fragmenty nieba.
Jak działają polaryzacyjne okulary przeciwsłoneczne?
Światło odbite od poziomych powierzchni, takich jak woda czy mokra droga, jest w dużej mierze spolaryzowane poziomo. Szkła polaryzacyjne mają pionową oś transmisji, więc zgodnie z prawem Malusa blokują ten poziomy blask, wciąż przepuszczając użyteczne światło z reszty sceny.
Czy prawo Malusa zachowuje energię?
Tak. Światło, które nie zostaje przepuszczone, jest pochłaniane (lub odbijane) przez materiał polaryzatora — nie znika. Czynnik cos²θ opisuje jedynie ułamek przepuszczony wzdłuż osi transmisji, a pozostała energia zamienia się w ciepło w polaryzatorze.