Возьмите поляризационные солнцезащитные очки и посмотрите через них на экран компьютера или смартфона. Теперь медленно поверните очки на 90 градусов. Экран потемнеет — иногда почти до полной черноты.
Это не баг и не магия. Это поляризация света — одно из самых красивых и практичных явлений в физике. Благодаря ей работают 3D-кинотеатры, LCD-мониторы и даже рыбацкие очки.
Что такое поляризация
Свет — это электромагнитная волна. Представьте верёвку, которую вы трясёте вверх-вниз: волна бежит вдоль верёвки, но колебания происходят перпендикулярно — в вертикальной плоскости.
Обычный свет от лампочки или Солнца колеблется во всех направлениях сразу — вертикально, горизонтально, по диагонали. Такой свет называют неполяризованным или естественным.
Поляризованный свет — это свет, в котором колебания происходят только в одной плоскости. Например, только вертикально или только горизонтально.
Как получить поляризованный свет
Существует несколько способов:
Поляризационный фильтр (поляроид) — тонкая плёнка с микроскопической «решёткой». Она пропускает только те волны, которые колеблются параллельно щелям решётки. Все остальные — поглощает.
Отражение от поверхности — когда свет отражается от воды, стекла или асфальта под определённым углом, он становится частично поляризованным. Обычно в горизонтальной плоскости — именно поэтому блики от воды такие яркие и слепящие.
LCD-экраны — жидкокристаллические дисплеи используют поляризацию как основу своей работы. Свет от подсветки проходит через поляризатор, затем через слой жидких кристаллов, которые поворачивают плоскость поляризации, и через второй поляризатор (анализатор).
Закон Малюса: математика поляризации
Когда поляризованный свет проходит через второй поляризатор (анализатор), интенсивность прошедшего света зависит от угла между их осями:
Причём тут 3D-кино
В 3D-кинотеатре используют два проектора (или один с быстрым переключением). Один показывает картинку для левого глаза, другой — для правого.
Перед каждым проектором стоит поляризационный фильтр:
- Для левого глаза — с одним направлением поляризации
- Для правого глаза — с перпендикулярным направлением
В 3D-очках установлены соответствующие фильтры: левая линза пропускает только «левый» свет, правая — только «правый». Каждый глаз видит свою картинку, и мозг воспринимает это как объёмное изображение.
Важный нюанс: в современных кинотеатрах (технология RealD 3D) используется не линейная, а круговая поляризация. При линейной поляризации, если наклонить голову, изображение начнёт двоиться. Круговая поляризация (по часовой стрелке для одного глаза, против — для другого) решает эту проблему.
Экран в 3D-кинотеатре тоже особенный — с металлическим покрытием (серебристый или алюминиевый). Обычный белый экран рассеивает свет и «перемешивает» поляризацию.
Домашние эксперименты с поляризацией
Эксперимент 1: Очки vs монитор
Что нужно: поляризационные солнцезащитные очки (Polaroid или аналоги), любой LCD-монитор или смартфон.
Что делать:
- Откройте на экране белое изображение (пустой документ или белую картинку).
- Посмотрите на экран через очки.
- Медленно поверните очки на 90°.
Что увидите: экран будет темнеть по мере поворота. В какой-то момент изображение почти полностью пропадёт.
Почему: LCD-экран излучает поляризованный свет. Когда ось поляризации очков совпадает с осью экрана — свет проходит. Когда перпендикулярны — блокируется.
Бонус: попробуйте с вертикальным и горизонтальным монитором. Если повернуть монитор на 90°, эффект будет противоположным.
Эксперимент 2: Радужный пластик
Что нужно: поляризационные очки, LCD-монитор, прозрачные пластиковые предметы (коробка от CD, пластиковая линейка, крышка от контейнера, прозрачная упаковка).
Что делать:
- Поверните очки так, чтобы экран стал тёмным (почти чёрным).
- Поместите прозрачный пластиковый предмет между экраном и очками.
- Смотрите на предмет через очки.
Что увидите: пластик начнёт переливаться яркими цветами — радужными узорами, которых не видно невооружённым глазом.
Почему: это фотоупругость — внутренние механические напряжения в пластике поворачивают плоскость поляризации света. Разные участки материала испытывают разные напряжения и поворачивают свет по-разному. Каждый цвет (длина волны) поворачивается на свой угол — отсюда радуга.
Практическое применение: именно так на производстве проверяют качество пластиковых деталей. Если где-то слишком яркие цвета — там концентрация напряжений, и деталь может сломаться.
Совет: попробуйте слегка согнуть пластиковую крышку, не снимая её с экрана. Вы увидите, как появляются новые цветные зоны — вы создаёте новые напряжения в материале в реальном времени.
Эксперимент 3: Скотч-витраж
Что нужно: поляризационные очки, LCD-монитор, прозрачный скотч, стекло или пластиковая пластина.
Что делать:
- Наклейте полоски скотча на стекло в несколько слоёв, накладывая их друг на друга под разными углами.
- Поместите стекло между экраном (белый фон) и очками, повёрнутыми в «тёмное» положение.
Что увидите: каждый слой скотча окрасится в свой цвет. Места с разным количеством слоёв будут разных оттенков — как витраж.
Почему: скотч — это растянутая полимерная плёнка, которая обладает двулучепреломлением. Каждый слой поворачивает поляризацию на определённый угол, и чем больше слоёв — тем сильнее поворот.
Эксперимент 4: Антибликовые очки в деле
Что нужно: поляризационные очки, солнечный день, водоём или лужа (или любая отражающая поверхность).
Что делать:
- Посмотрите на блики от воды без очков.
- Наденьте поляризационные очки.
- Наклоните голову влево-вправо.
Что увидите: блики исчезнут или сильно уменьшатся. При наклоне головы блики будут возвращаться.
Почему: свет, отражённый от воды, поляризован горизонтально. Поляризационные очки для рыбаков и водителей настроены на блокировку именно горизонтальной поляризации — поэтому блики исчезают, а рыбаки могут видеть сквозь поверхность воды.
Эксперимент 5: Три поляризатора — парадокс
Что нужно: три поляризационных фильтра (можно извлечь из старых LCD-экранов калькуляторов или дешёвых устройств).
Что делать:
- Сложите два поляризатора так, чтобы их оси были перпендикулярны. Свет не проходит.
- Вставьте третий поляризатор между ними под углом 45°.
Что увидите: свет начнёт проходить! Добавление ещё одного «препятствия» увеличило пропускание.
Почему: первый фильтр поляризует свет вертикально. Средний (под 45°) пропускает часть этого света и поворачивает его поляризацию на 45°. Третий фильтр (горизонтальный) теперь может пропустить часть этого повёрнутого света. Без среднего фильтра вертикальный и горизонтальный были бы полностью несовместимы.
Где ещё используется поляризация
- Фотография — поляризационные фильтры убирают блики с воды и стекла, делают небо более насыщенным.
- LCD-дисплеи — вся технология основана на управлении поляризацией с помощью жидких кристаллов.
- Стресс-тест материалов — проверка внутренних напряжений в прозрачных деталях.
- Геология — поляризационные микроскопы для изучения минералов.
- Астрономия — анализ поляризации света от звёзд и галактик даёт информацию о магнитных полях.
Итог
Поляризация — это не абстрактная физика, а явление, которое окружает нас каждый день. Ваши солнцезащитные очки, монитор компьютера, 3D-фильм в кинотеатре — всё это работает благодаря тому, что свет можно «отфильтровать» по направлению колебаний.
Попробуйте эксперименты — особенно с радужным пластиком. Это один из самых красивых опытов, который можно провести дома за пять минут.
Материал подготовлен с использованием технологий ИИ и отредактирован автором