П падение тела

Вид материала

Документы

Содержание Поляризационные приборы Поляризационные призмы Рис. 2. Поляризац. призма из стекла и ис­ландского шпата. Точки в прослойке шпата указывают, что его оптич. ось перпендику­лярна Рис. 4. Поляризац. призма Глана. АВ — возд. промежуток. Точки на обеих трёх­гранных призмах указывают, что их оптич. оси перпенд Поляризация вакуума Поляризация света Примеры разл. поляризаций светового луча при разл. разностях фаз между взаимно перпендикулярными компонентами Е Е. Если фазовое соотношение между компонентами вектора Е Поляризация среды Поляризация частиц В. Б. Берестецкий.

Подобный материал:

• Тема «кинематика материальной точки», 29.33kb.
• Урок изучения новых знаний в 9-м классе по теме: "Свободное падение тел", 145.66kb.
• Программа вступительных испытаний по физике механика, 48.4kb.
• Тема: строение тела животных, 47.92kb.
• Конспект урока физики в 7 классе Тема : Вес тела, 40.5kb.
• Тема. Малые тела Солнечной системы, 383.39kb.
• Книга о душе, 521.77kb.
• Владимир Данченко принципиальные вопросы общей теории чакр и тантрическая концепция, 1664.57kb.
• Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 76.9kb.
• Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 83.01kb.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ, оптич. приборы для обнаружения, анализа, получения и преобразования поляризованного оптического излуче­ния (света), а также для разл. исследо­ваний и измерений, основанных на явлении поляризации света. Простей­шие устройства для получения и пре­образования поляризованного света — линейные и циркулярные поляризато­ры (П), фазовые пластинки, компенса­торы оптические, деполяризаторы и пр. В более сложные конструкции и установки для количеств. поляризационно-оптич. исследований, кроме пе­речисленных выше устройств, входят также приёмники света, монохроматоры, разл. электронные приборы и др. Для получения полностью или час­тично поляризованного света исполь­зуется одно из трёх физ. явлений: 1) поляризация при отражении света

573


или преломлении света на границе раздела двух прозрачных сред; 2) л и н е й н ы й дихроизм; 3) двойное луче­преломление. Свет, отражённый от поверхности, разделяющей две среды с разными преломления показателями n, всегда частично поляризован. Если же луч света падает на границу раз­дела под углом Брюстера (см. Брюстера закон), то отражённый луч поляри­зован полностью. Недостатки отражат. П.— малость коэфф. отражения и сильная зависимость степени поля­ризации p от угла падения и длины световой волны. Преломлённый луч также частично поляризован, причём его p монотонно возрастает с увеличе­нием угла падения. Пропуская свет последовательно через неск. прозрач­ных плоскопараллельных пластин, можно достичь того, что p прошедшего света будет значительна (см. Стопа в оптике).

Среды, обладающие оптической ани­зотропией в области полос поглощения света, неодинаково поглощают о б ы к н о в е н н ы й и н е о б ы к н о в е н н ы й лучи (линейный дихроизм). Если толщина пластинки, вырезанной из анизотропного кристалла (с полосами поглощения в нужной области спект­ра) параллельно его оптической оси, достаточна, чтобы один из лучей погло­тился практически нацело, то прошед­ший через пластинку свет будет пол­ностью поляризован. Такие П. наз. дихроичными. К дихроичным П. относятся, в частности, поляроиды. П., действие к-рых основано на явле­нии двойного лучепреломления, опи­саны в ст. Поляризационные призмы. Они незаменимы в УФ области спектра и при работе с мощными потоками оптич. излучения.

Пластинки из оптически анизотроп­ных материалов, вносящие сдвиг фазы между двумя взаимно перпендикуляр­ными компонентами электрич. вектора E проходящего через них излучения, наз.

ф а з о в ы м и, или в о л н о в ы м и, пластинками (ФП) и пред­назначены для изменения состояния поляризации излучения. Так, цирку­лярные или эллиптич. Ц. обычно пред­ставляют собой совокупность линей­ного П. и ФП. Для получения света, поляризованного по кругу (циркулярно), применяют ФП, вносящую сдвиг фазы в 90° (п л а с т и н к а ч е т в е р т ь д л и н ы в о л н ы; см. Компенсатор оптический). Двулучепреломляющие ФП изготовляют из материалов как с естественной, так и с индуцированной оптич. анизотропи­ей. Применяются также отражат. ФП (напр., р о м б Ф р е н е л я), принцип действия к-рых основан на изменении состояния поляризации света при его полном внутреннем отражении. Пре­имуществом отражат. ФП перед двупреломляющими явл. почти полное отсутствие зависимости фазового сдвига от длины волны. Все П. (линейные, циркулярные, эллиптич.) могут ис­пользоваться и как анализаторы. Ана­лиз эллиптически поляризованного света производят с помощью компен­саторов разности хода.

Приборы для поляризационно-оптич. исследований отличает чрезвы­чайное разнообразие сфер применения, конструктивного оформления и прин­ципов действия. Их используют для фотометрич. и пирометрич. измерений, кристаллооптич. исследований, изуче­ния механич. напряжений в конструк­циях (см. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений), в микроскопии, в поляриметрии и саха­риметрии, в скоростной фото- и кино­съёмке, геодезич. устройствах, в сис­темах оптической локации и оптиче­ской связи, в схемах управления ла­зеров, для физ. исследований электрон­ной структуры атомов, молекул и тв. тел и мн. др.

Элементом большинства П. п. явл. схема, состоящая из последовательно расположенных на одной оси линей­ного П. и анализатора. Если их плоско­сти поляризации взаимно перпендику­лярны, схема не пропускает свет (установка на гашение). Изменение угла между этими плоскостями приво­дит к изменению интенсивности прохо­дящего через систему света по Малюса закону. Особое удобство этой схемы для сравнения и измерения интенсивностей световых потоков обусловило её пре­имуществ. применение в фотометрич. П. п.— фотометрах и с п е к т р о ф о т о м е т р а х (как с визуальной, так и с фотоэлектрич. регистрацией). П. п. представляют собой осн. эле­менты оборудования для кристалло­оптич. исследований сред, обладающих оптич. анизотропией. При таких ис­следованиях широко применяются поляризац. микроскопы (см. Микроскоп), позволяющие на основе визуальных наблюдений делать выводы о характе­ре и величине оптич. анизотропии в-ва. Для прецизионного анализа оптич. анизотропии и её зависимости от дли­ны волны излучения применяются автоматич. приборы с фотоэлектрич. регистрацией. Практически всегда при количеств. анализе анизотропии тре­буется сопоставить оптич. св-ва среды для двух ортогональных поляризаций. Это сопоставление в электронной схе­ме прибора обычно производится на частоте, удобной для усиления сиг­нала и подавления шумов. Поэтому П. п. такого назначения часто включа­ют поляризац. модулятор (см. Модуля­ция света).

П. п. используются для обнаруже­ния и количеств. определения поляри­зации света. Простейшие из таких П. п.— полярископы. Предельно обна­руживаемая примесь поляризованного света определяется, в принципе, ин­тенсивностью света, а практически до­стигает относит. значений ~10^-8.

Существ. роль в хим. и биофиз. ис­следованиях играет обширный класс

П. п., служащий для измерения вра­щения плоскости поляризации в сре­дах с естеств. или наведённой магн. полем оптич. активностью (поляри­метры) и дисперсии этого вращения (с п е к т р о п о л я р и м е т р ы). Про­стыми, но практически очень важными П. п. явл. сахариметры — приборы для измерения содержания сахара в. растворах.

• Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Меланхолин Н. М., Методы исследования оптиче­ских свойств кристаллов, М., 1970; Васи­льев Б. И., Оптика поляризационных приборов, М., 1969.

В. С. Запасский.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИЗМЫ, простейшие поляризационные приборы, один из классов призм оптических П. п. служат линейными поляризато­рами — с их помощью получают ли­нейно-поляризованное оптическое из­лучение (см. Поляризация света). Обыч­но П. п. состоят из двух или более трёхгранных призм, по меньшей мере одна из к-рых вырезается из оптиче­ски анизотропного (см. Оптическая анизотропия) кристалла. Проходящее через них излучение преодолевает наклонную границу раздела двух сред, на к-рой условия преломления света для компонент светового пучка, поля­ризованных в двух взаимно перпенди­кулярных плоскостях, резко разли­чаются. В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могут выполняться условия полного внутрен­него отражения, в результате чего через П. п. проходит лишь др. компо­нента. Так, напр., для П. п. Николя:




Рис. 1, Призма Николя. Штриховка ука­зывает направление оптич. осей кристаллов в плоскости чертежа. Направления элект­рич. колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания в плоскости ри­сунка) и точками (колебания перпендику­лярны плоскости рисунка) о и е — обыкно­венный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы поглощает полно­стью отражаемый от плоскости склейки обык­новенный луч.


(рис. 1) и Фуко пропускается н е о б ы к н о в е н н ы й луч е (см. Двойное лучепреломление, Кристалло­оптика), а отсекается — поглощается или выводится в сторону — о б ы к н о в е н н ы й луч о. В П. п. из стекла с вклеенной крист. пластинкой (рис. 2) проходит обыкновенный луч, а отражается необыкновенный. По­добные П. п. наз. однолучевыми. Двухлучевые П. п. про­пускают обе взаимно перпендикуляр­но линейно-поляризованные компонен­ты исходного пучка, пространственно разделяя их. Чаще всего П. п. изго­товляют из исландского шпата СаСO₃, крист. кварца SiO₂ или фтористого магния MgF₂.

574


Трёхгранные призмы, из к-рых со­стоят однолучевые П. п., склеивают прозрачным в-вом с преломления по­казателем n, близким к ср. зна­чению n обыкновенного (n_o) и не­обыкновенного (n_e) лучей. Во мн. П. п. .их части разделены не клеем, а возд.



Рис. 2. Поляризац. призма из стекла и ис­ландского шпата. Точки в прослойке шпата указывают, что его оптич. ось перпендику­лярна плоскости рисунка.


прослойкой; это снижает потери на поглощение при высоких плотностях излучения и имеет ряд преимуществ при работе в УФ области спектра. Для •того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутр. отражение, выбираются опре­делённые значения преломляющих уг­лов трёхгранных призм и определён­ные ориентации оптич. осей кристал­лов, из к-рых они вы­резаны. Такое отра­жение происходит, ес­ли углы падения лучей на П. п. не пре­вышают нек-рых пре­дельных углов I₁ и I₂ (см., напр., рис. 3 — П. п. Глана — Томсона). Сумма I₁+I₂ наз. а п е р т у р о й п о л н о й п о л я р и з а ц и и П. п.



'Рис. 3. Предельные уг­лы падения I₁ и I₂ лу­чей на поляризац. приз­му Глана — Томсона.


В П. п. со скошенными гранями (Николя, Фуко и др.) проходящий луч испытывает параллельное смещение; поэтому при вращении призмы вокруг луча смещённый луч также вращается вокруг него. От этого недостатка сво­бодны П. п. в форме прямоугольных параллелепипедов: Глана — Томсона, Глана (рис. 4) и пр.

Из двухлучевых П. п. наиболее рас­пространены П. п. Рошона, Сенармона, Волластона (рис. 5).



Рис. 4. Поляризац. призма Глана. АВ — возд. промежуток. Точки на обеих трёх­гранных призмах указывают, что их оптич. оси перпендикулярны плоскости рисунка.



Рис. 5. Двухлучевые поляризац. призмы: а — призма Рошона; б — призма Сенармона; в — призма Волластона. Штриховка указывает направление оптич. осей кристаллов в плоскости рисунка.


В П. п. Рошона и Сенармона обыкновенный луч не меняет своего направления, а необыкновенный отклоняется на угол  (5—6°), зависящий от длины волны света. П. п. Волластона даёт при пер­пендикулярном падении симметрич­ное отклонение o и e лучей. П. п. не­заменимы при работе в УФ области спектра и в мощных потоках оптич. излучения и позволяют получать од­нородно поляризованные пучки, сте­пень поляризации к-рых лишь на ~10^-5 отличается от 1.

• См. лит. при ст. Поляризационные при­боры. Поляризация света.

В. С. Запасский.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВАКУУМА, специфич. релятивистское квант. явление, заключающееся, в узком смысле сло­ва, в рождении виртуальных пар за­ряж. частиц-античастиц (напр., пар электрон-позитрон) из вакуума под влиянием заряж. ч-цы, приводящее к частичной экранировке её заряда (см. Вакуум физический). Этот эффект ана­логичен поляризации диэлектрич. сре­ды внесённым в неё зарядом, что и обусловило назв. явления.

В широком смысле слова П. в.— процессы рождения и поглощения вир­туальных ч-ц, сопровождающие дви­жение физ. ч-цы; в этом смысле П. в, ответственна как за радиационные по­правки к квантовомеханич. эффектам, так и за существование нек-рых квантовополевых эффектов, напр. за вз-ст­вие нейтральных ч-ц с эл.-магн. полем. См. Квантовая теория поля, Квантовая электродинамика.

Д. В. Ширков.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА, физ. ха­рактеристика оптич. излучения, опи­сывающая поперечную анизотропию световых волн, т. е. неэквивалент­ность разл. направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Первые указания на поперечную ани­зотропию светового луча были полу­чены голл. учёным X. Гюйгенсом в 1690 при опытах с кристаллами исл. шпата. Понятие «П. с.» было введено в оптику англ. учёным И. Ньютоном в 1704—06. Существ. значение для по­нимания П. с. имело её проявление в эффектах интерференции света и, в частности, тот факт, что два световых луча с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации непосред­ственно не интерферируют. П. с. на­шла естеств. объяснение в эл.-магн. теории света англ. физика Дж. К. Макс­велла (1865—73).

Поперечность эл.-магн. волн лишает волну осевой симметрии относительно направления распространения из-за наличия выделенных направлений (вектора Е — напряжённости элект­рич. поля и вектора Н — напряжён­ности магн. поля) в плоскости, пер­пендикулярной направлению распро­странения. Поскольку векторы Е и Н эл.-магн. волны перпендикулярны друг другу, для полного описания состояния поляризации светового пуч­ка требуется знание поведения лишь одного из них. Обычно для этой цели

выбирается вектор Е (см. Плоскость поляризации).

Свет, испускаемый к.-л. отдельно взятым элементарным излучателем (атомом, молекулой), в каждом акте излучения всегда поляризован. Но макроскопич. источники света состоят из огромного числа таких частиц-излу­чателей; пространств. ориентации век­торов Е и моменты актов испускания света отд. ч-цами в большинстве слу­чаев распределены хаотически. По­этому в общем излучении направление Е в каждый момент времени непред­сказуемо. Подобное излучение наз. н е п о л я р и з о в а н н ы м, или естественным светом.

Свет наз. п о л н о с т ь ю п о л я р и з о в а н н ы м, если две взаимно перпендикулярные компоненты (про­екции) вектора Е светового пучка со­вершают колебания с постоянной во времени разностью фаз. Обычно со­стояние П. с. изображается с по­мощью эллипса поляризации — проек­ции траектории конца вектора Е на плоскость, перпендикулярную лучу(рис.).



Примеры разл. поляризаций светового луча при разл. разностях фаз между взаимно перпендикулярными компонентами Е_х и Е_у, Плоскость рисунков перпендикулярна на­правлению распространения света. а и д — линейные поляризации; в — круговая поля­ризация; б, г и е — эллиптич. поляризации. Рисунки соответствуют положит. разностям фаз 6 (опережению вертик. колебаний по сравнению с горизонтальными).  — длина волны света.


Проекционная картина полно­стью поляризованного света в общем случае имеет вид эллипса с правым или левым направлением вращения вектора Е во времени (рис., б, г, е). Такой свет наз. э л л и п т и ч е с к и п о л я р и з о в а н н ы м. Наиболь­ший интерес представляют предель­ные случаи эллиптич. поляризации — л и н е й н а я, когда эллипс поляри­зации вырождается в отрезок прямой линии (рис., а, д), определяющий положение плоскости поляризации, и циркулярная (или круговая), когда эллипс поляризации представ­ляет собой окружность (рис., в). В первом случае свет называется п л о с к о- или линейно п о л я р и з о в а н н ы м, а во втором — п р а в о- или

л е в о-ц и р к у л я р н о п о л я р и з о в а н н ы м в зависимости от направления вращения вектора Е. Если фазовое соотношение между компонентами вектора Е изменяется за времена существенно меньшие вре­мени измерения состояния поляриза­ции, то свет проявляется как не пол-

575


ностью поляризованный. Состояние поляризации ч а с т и ч н о п о л я р и з о в а н н о г о с в е т а описы­вается параметром степени п о л я р и з а ц и и, отражающим сте­пень преимуществ. фазового сдвига (фазовой корреляции) между компо­нентами вектора Е световой волны. Если этот фазовый сдвиг равен нулю, то свет обнаруживает преимуществ. плоскость колебаний вектора Е и наз. частично л и н е й н о п о л я р и з о в а н в ы м, если же этот фа­зовый сдвиг равен /2, то свет обнару­живает преимуществ. направление вращения вектора Е и наз. ч а с т и ч н о ц и р к у л я р н о п о л я р и з о в а н н ы м. Естеств. свет не об­наруживает фазовой корреляции меж­ду компонентами вектора Е, разность фаз между ними непрерывно хаотиче­ски меняется. Параметр степени поля­ризации света, определяемый как от­ношение разности интенсивностей двух выделенных ортогональных поляри­заций к их сумме, может меняться в диапазоне от 0 до 100%. Следует от­метить, что свет, проявляющийся в одних случаях как неполяризованный, в других может оказаться полностью поляризованным с меняющимся во времени, по сечению пучка или по спектру состоянием поляризации.

В квантовой оптике, где эл.-магн. излучение рассматривается как поток фотонов, с П. с. связывают одинако­вое спиновое состояние всех фотонов, образующих световой пучок. Так, фо­тоны с круговой поляризацией (правой или левой) обладают моментом, рав­ным ±ћ. Эллиптически-поляризованвый свет описывается соответствующей суперпозицией этих состояний.

Особенности элементарного акта из­лучения, а также множество физ. процессов, нарушающих осевую сим­метрию светового пучка, приводят к тому, что свет всегда частично поля­ризован. Поляризованный свет может возникать при отражении света и преломлении света на границе раздела двух сред в результате различия оп­тич. хар-к границы для компонент, поляризованных параллельно и пер­пендикулярно плоскости падения (см. Брюстера закон). Свет может поляри­зоваться при прохождении через ани­зотропную среду (с естеств. или индуцир. оптической анизотропией) либо в результате различия коэфф. поглоще­ния для разл. поляризаций (см. Ди­хроизм), либо вследствие двойного лу­чепреломления. П. с. возникает при рассеянии света, при оптич. возбужде­нии резонансного излучения в парах, жидкостях и тв. телах (см. Люминес­ценция). Обычно полностью поляри­зовано излучение лазеров. В сильных магн. и электрич. полях наблюдается полная поляризация компонент рас­щепления спектр. линий поглощения и люминесценции газообразных и конденсированных систем (см. Магнито­оптика, Электрооптика).

Нек-рые из этих эффектов лежат в основе простейших поляризационных приборов — поляризаторов, фазовых пластинок, анализаторов, компенса­торов оптических и др., с помощью к-рых осуществляется создание, пре­образование и анализ состояния П. с. В наст. время разработаны эффектив­ные методы расчёта изменения со­стояния П. с. при прохождении света через оптически анизотропные эле­менты. Изменение поляризац. состоя­ния светового пучка вследствие про­хождения через двупреломляющую среду используется для изучения оп­тич. анизотропии кристаллов (см. Кри­сталлооптика). При визуальных ис­следованиях оптически анизотропных сред широко используется эффект х р о м а т и ч е с к о й п о л я р и з а ц и и — окрашивание поляризован­ного пучка белого света после про­хождения через анизотропный кри­сталл и анализатор. В хроматич. по­ляризации в наиболее эфф. форме проявляется интерференция поляри­зованных лучей.

Явление П. с. и особенности вз-ствия поляризованного света с в-вом нашли исключительно широкое применение в науч. исследованиях кристаллохим. и магн. структуры тв. тел, оптич. св-в кристаллов, природы состояний, от­ветственных за оптич. переходы, струк­туры биол. объектов, хар-ра поведе­ния газообразных, жидких и тв. тел в полях анизотропных возмущений (электрич., магн., световом и пр.), а также для получения информации о труднодоступных объектах (в частно­сти, в астрофизике). Поляризованный свет широко используется во мн. областях техники, напр. при необхо­димости плавной регулировки интен­сивности светового пучка (см. Малюса закон) при исследованиях напряжений в прозрачных средах (поляризационно-оптический метод исследования), для увеличения контраста и ликвидации световых бликов в фотографии, при создании светофильтров, модуляторов излучения (см. Модуляция света) и пр.

•Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976 (Общий курс физики); Б о р н М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Шерклифф У., Поляри­зованный свет, пер. с англ., М., 1965; Ф е о ф и л о в П. П., Поляризованная люминес­ценция атомов, молекул и кристаллов, М., 1959; Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 4 изд., М., 1981.

В. С. Запасский.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СРЕДЫ, процесс об­разования объёмного дипольного элек­трич. момента среды. П. с. осуще­ствляется под действием электрич. поля или нек-рых др. факторов, в частности механич. напряжений (см. Пьезоэлектрики, Сегнетоэлектрики). Дипольный электрич. момент единицы объёма также наз. П. с. и явл. век­торной величиной.

• См. лит. при ст. Диэлектрики.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЧАСТИЦ, характе­ристика состояния ч-ц, связанная с

наличием у них собств. момента им­пульса — спина и его направлением в пространстве. Понятие поляризации света связано с поляризацией «ч-ц света» — фотонов.

Ч-ца с ненулевой массой покоя (эл-н, ядро и др.) и спином J (в еди­ницах ћ) имеет 2J+1 квант. состояний, отвечающих разл. значениям проек­ции спина на нек-рое направление. Состояние ч-цы представляет собой суперпозицию этих состояний. Если коэфф. суперпозиции полностью опре­делены (чистое состояние), то говорят, что ч-ца полностью поляризована. Если коэфф. суперпозиции определены не полностью, а заданы только нек-ры­ми статистич. хар-ками (смешанное состояние), то говорят о частичной поляризации. В частности, ч-ца может быть полностью неполяризованной; это означает, что её св-ва одинаковы по всем направлениям, как у ч-цы о J=0. В общем случае П. ч. определяет степень симметрии (или асимметрии) св-в ч-ц в пространстве. Ч-ца наз. поляризованной, если хар-ка её сим­метрии включает винтовую ось (как у вращающегося тв, тела или у цирку­лярно-поляризованного света). Если такой оси нет, но нет и сферич. сим­метрии, то говорят о в ы с т р о е н н о с т и (пример — линейно-поляри­зованный свет). П. ч. определяется в общем случае числом параметров, рав­ным (2J+1)²-1. Ч-ца с нулевой мас­сой покоя, напр. фотон, обладает толь­ко двумя состояниями, определяемыми спином, а её поляризация в общем случае определяется тремя парамет­рами.

В. Б. Берестецкий.