عینک پلاروید چطور کار می کند؟
بررسی قطبش نور بازتابیده ازسطح و یافتن زاویه بروستر
مقدمه:
بطورمعمول وقتی نور به یک سطحی می تابد، بخشی از آن بازتاب می شود که مقدار نور بازتابیده، به قطبش نور فرودی و زاویه تابش بستگی دارد. در یک زاویه خاص، سهم بازتابش برای قطبش عمود بر سطح صفر می شود که آن را زاویه بروستر می نامند و اندازه آن به ضریب شکست محیط بستگی دارد. به عبارت دیگر در زاویه بروستر قطبش عمود بر سطح بازتاب نمی شود و میتوان گفت که نور بازتابیده در آن زاویه درجهت موازی سطح قطبیده است. بر همین اساس عینک پلاروید ضمن آنکه با کاهش نور خورشید از چشم محافظت می کند، موجب افزایش دید در هنگام رانندگی و ماهیگیری وغیره با حذف بازتاب نور از سطوح مقابل می شود. هنگام رانندگی اگر کاغذ سفیدی روی داشبورد باشد بازتاب آن روی شیشه به شدت اذیت کننده است که عینک پلاروید آن بازتاب را که تقریبا تحت زاویه بروستر ایجاد شده و قطبش افقی آن باقی مانده است می تواند حذف کند.
چشم ما به قطبش نور حساس نیست اما میتوان با کمک یک قطبشگر نورهایی که تحت زاویه بروستر بازتاب شده اند و در نتیجه قطبیده هستند را با چرخاندن آن قطبشگر در مقابل نورهای بازتابی از سطوح مشاهده کرد.
هدف:
قصد داریم دراین آزمایش چگونگی حذف بازتاب توسط یک قطبشگر یا همان عینک پلاروید را بررسی کنیم. برای این منظور قطبش پرتو بازتابی از یک جسم براق غیر فلزی (دی الکتریک) و بطور تجربی زاویه بروستر قطعه مورد آزمایش را تخمین می زنیم.
چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:
برای اینکه نور غیر قطبیده و قطبیده را به یک سطح صیقلی بتابانیم و قطبش آن را بررسی کنیم، به اقلام زیر نیاز خواهیم داشت:
– یک جسم براق غیر فلزی مثل شیشه یا سنگ صیقلی با پایه مناسب (می توانیم در ابتدا برای راحتی از یک جسم غیر شفاف براق استفاده کنیم).
– میزچه چرخان
– منبع نور غیر قطبیده (مثل ال ای دی که با یک عدسی تا حدودی روی سطح متمرکز شده باشد)
–منبع نور قطبیده (مثل لیزر پوینتر)
– دو عدد قطبشگر روی پایه مناسب
– نقاله و کاغذ میلیمتری
برای انجام علمی تر آزمایش و افزایش دقت این روشها به شما کمک می کند:
– همتراز کردن پرتو لیزر با میز
– اندازه گیری زاویه پرتوها
– تنظیم سطح قطعه اپتیکی بازتابنده روی محور چرخش میزچه چرخان
آزمایش:
برای انجام این آزمایش ابتدا از نور غیر قطبیده استفاده می کنیم:
– یک جسم شفاف مثل یک بلوک پلکسی یا شیشه ای با سطح صیقلی را روی پایه گذاشته و مقابل منبع نور سفید قرار دهید.
– لامپ را روشن کنید تا نور غیر قطبیده به سطح جسم شفاف بتابد.
– قطبشگر را به نحوی مقابل جسم قرار دهید که بتوانید تصویر لامپ را روی جسم صیقلی ببینید.
قطبشگر را بچرخانید تا تصویر لامپ تا حد ممکن کمنور شود.
– حال با ثابت نگه داشتن قطبشگر و منبع نور، به تدریج زاویه سطح جسم شفاف با لامپ را تغییر دهید. جاییکه تصویر لامپ تقریبا خاموش شود، زاویه تابش برابر با زاویه بروستر می باشد. ممکن است برای خاموشی کامل نیاز به تنظیم مجدد چرخش قطبشگر داشته باشید.
نور بازتابی تحت زاویه بروستر قطبیده است و قطبش آن موازی سطح بازتابنده است چون قطبش عمود بر آن بازتاب نشده و حذف شده است. این قطبش را قطبش طولی و عمود بر آن را قطبش عرضی می نامند.
*قسمت دوم آزمایش را با نور لیزر انجام می دهیم:
اگر نور لیزر پوینتر را مقابل قطبشگر بررسی کنیم می بینیم که این نور تقریبا قطبیده است. در نتیجه انتخاب قطبش لیزر در مقدار بازتاب تاثیر دارد. قدم اول پیدا کردن قطبش لیزر دیودی است که در آزمایش دیگر بحث شده است.
سپس می بینیم با چرخاندن لیزر به دور خودش بدون تغییر زاویه تابش، شدت نور کم و زیاد می شود. وقتی که وضعیت آن را در کمترین بازتاب نگه داریم و حال زاویه تابش را تغییر دهیم، با حذف بازتاب به زاویه بروستر می رسیم. البته قطبش لیزردیودی مورد استفاده در این آزمایشها ایده آل نیست و با تنظیم لیزر می توانیم فقط بازتاب را کم کنیم و کاملا حذف نمی شود .
– در قسمت بعد از قطبشگر به عنوان عینک پلاروید استفاده کنید و ببینید در چه شرایطی دید شما را بهبود می دهد.
– در این قسمت بر اساس تجربیات بالا سعی کنید بدون ابزاری محور قطبش یک قطبشگر را بدست آورید.
به چه کار می آید؟
– بیشترین کاربرد این آزمایش در همان عینکهای پلاروید است که با آن بازتابهای اضافی و اذیت کننده می توانند حذف شوند.
– همچنین از این آزمایش می توان نتیجه گرفت که هنگام بازتاباندن نور لیزر از سطوح صیقلی باید قطبش را نیز در نظر گرفت چون ممکن است در برخی موارد بازتاب محو شود.
– در تولید لیزرهای گازی و برخی کاربردهای دیگر برای قطبیده کردن نور از این پدیده استفاده می شود و پنجره ای به نام پنجره بروستر شامل یک شیشه شفاف که در زاویه بروستر قرار گرفته است می باشد که نور قطبش موازی سطح از آن بازتاب وخارج می شود و نور با قطبش عمود بر آن بازتاب نمی کند. همچنین در ایزرهای سوییچ کیو از این پدیده استفاده می شود.
– کاربرد مهم دیگر این پدیده پیدا کردن سریع و بدون ابزار محور عبور قطبشگر مجهول است.
سؤال پیشنهاد ونکته:
– اگر نور قطبیده طولی (TM) تحت زاویه ی بروستر بر محیط دوم بتابد، تمام آن وارد محیط دوم می شود (چرا؟)؛ به عبارت دیگر محیط دوم برای این قطبش کاملاً شفاف است. به نظر شما این پدیده چه کاربردهائی می تواند داشته باشد؟
– چگونه می توانید براین اساس قطبش یک نور را تشخیص دهید؟
– چگونه می توانید مطمئن شوید که نور لیزر در بازتاب شدت کافی دارد ؟
– آیا می توانید با استفاده از این نکته میزان شدت نور بازتابی از سطح را کنترل کنید؟
– فکر می کنید بین انتخاب زاویه شیشه جلو خودرو با این مسئله ارتباطی است؟
– در چه مواردی مشکل بازتاب اضافی را جدی دیده اید و در چه مواردی حذف بازتاب که با تابش نور قطبیده پیش می آید ایجاد اشکال می کند.
– هر چند که ساده نیست ولی می توانید درباره علت این پدیده که به ماده مربوط می شود فکر کنید. توجه داشته باشید که در شرایط زاویه بروستر، پرتو تابیده و بازتابیده بر هم عمود هستند که برای توجیه این پدیده بسیار مهم است.
آزمایشهای مرتبط:
بیشتر بدانید:
قطبش– زاویه بروستر– نور قطبیده