m н m г: гшшггптг

Application of polarized light in the metallographic Analysis of metals and alloys is considered, його застосування для аналізу ninmetallic inclusions is shown. Докладні відомості про застосування різних і особливих contrast для аналізу структури металів в reflected light є shown.

А. Г. АНІСОВИЧ, ДНу «Фізико-технічний інститут НАН Білорусі»

УДК 620.186.1 + 535-4

ЗАСТОСУВАННЯ ПОЛЯРИЗОВАНОГО СВІТЛА В АНАЛІЗІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Метод спостереження в поляризованому світлі (поляризаційна мікроскопія) служить як мікроскопічних досліджень мінералів, біологічних об'єктів, так дослідження структури металів і неметалевих матеріалів. Оптичні властивості анізотропних мікрооб'єктів різні у різних напрямах і виявляються по-різному залежно від орієнтації цих об'єктів щодо осі об'єктива та площини поляризації світла, що падає на них. Світло, що випромінюється освітлювачем, проходить через поляризатор; повідомлена йому при цьому поляризація змінюється при подальшому відображенні зразка і ці зміни вивчаються за допомогою аналізатора та різних оптичних компенсаторів. Поліхроматичне поляризоване світло результативне в металографії для виявлення та вивчення.

ня прозорих об'єктів, тому з використанням білого поляризованого світла вирішується обмежена кількість завдань. Традиційно в металографії із застосуванням поляризованого світла вивчають неметалеві включення. Оскільки певна частина неметалевих включень оптично прозора, дослідження ґрунтується на відмінності оптичних властивостей включення у різних напрямках, тобто їх оптичної анізотропії. Оптична анізотропія проявляється під час проходження світла всередині включення при відбитку світла з його поверхні. Плоска поверхня та прозоре включення по-різному взаємодіють зі світловим потоком. Плоско поляризоване світло, відбите від плоскої поверхні, затримується аналізатором і поверхня виглядає темною. Частина світла заломлюється

Рис. 1. Кулясті прозорі включення шлаків у світлому (а) та темному ю мш | (б) полях та поляризованому світлі (в)

на зовнішній поверхні включення, проходить всередину і, відбиваючись на поверхні включення-метал, виходить назовні, знову зазнаючи заломлення на внутрішній поверхні. В результаті світло перестає бути поляризованим. Тому при схрещеному положенні аналізатора та поляризатора видно світле зображення увімкнення на темному тлі. Колір включення може змінюватися в результаті інтерференції, що пов'язано з анізотропними ефектами при відображенні поляризованого світла.

Використовуючи поляризоване світло, можна зробити висновки про форму прозорих включень. Якщо включення має правильну круглу форму, то на зображенні структури як у світлому, так і темному полі з'являються концентричні кільця (рис. 1, а, б), пов'язані з інтерференцією променів, відбитих від внутрішньої поверхні включення . У деяких випадках можна спостерігати інтерференційне забарвлення кілець, формування якого залежить від кута нахилу променів. У поляризованому світлі при схрещених ніколях спостерігається ефект темного хреста (рис. 1, в). Контраст концентричних кілець та темного хреста залежить від досконалості форми включення. Явище «темного хреста» пов'язане з оптичними явищами в поляризованому світлі. Гілки темного хреста розширюються до кінців

ГГТГ^г: [Г.ГТГ.ПГ^ШУ, /1Л7

3 (67), 2012 / ■ " #

і паралельні головним перерізам ніколей. Оскільки оптична вісь включення збігається з оптичною віссю системи мікроскопа, центр включення не освітлений. Відповідно до оптичного хреста дають у поляризованому світлі, зокрема, глобулярні прозорі включення силікатів.

Якщо включення непрозоре (мал. 2), то концентричні кільця на світло- та темнопольному зображеннях не формуються. Круговий контраст навколо включення у світлому полі (рис. 2, а) не належить самому включенню і може бути пов'язаний з напругою в металі. У темному полі (рис. 2 б) світяться краї включення за рахунок відображення світла від неплощинних ділянок . У поляризованому світлі (рис. 2, в, г) ефекту темного хреста відсутня.

Прозоре включення неправильної форми «світиться» у темному полі (рис. 3, а, б) та поляризованому світлі (рис. 3, в) без специфічних оптичних ефектів.

Зображення, наведені на рис. 1-3, мають хорошу контрастність. Тим не менш, при використанні світлопольного освітлення не завжди можна отримати висококонтрастне зображення. На рис. 4 представлені фотографії прозорої частинки оксиду алюмінію. У світлому полі (рис. 4, а) зображення має низьку контрастність та чіткість; наведення на різкість здійснен-

Рис. 2. Кругле непрозоре включення шлаку в силумін: а - світле поле; б – темне поле; в, г - поляризоване світло

(в - ніколи паралельні; г - ніколи схрещені)

ми г: гшшгггта

1ІГ К£. 11

* - 4 ■ ^ ■■■■в;

Рис. 3. Засклене включення в легованому силумін: а - світле поле; б – темне поле; в - поляризоване світло

лялось на поверхню частинки. У темному полі видно рельєф поверхні (рис. 4 б). Для підвищення контрастності зображення можна використати спеціальні методи. Можливо змінювати фазу відбитих променів. Людське око не сприймає різниці фаз, але здатне розрізнити зміну інтенсивності та довжини хвилі (кольору). Тому зміна фази переводять у зміну інтенсивності (або кольору) з використанням методу фазового розмаїття, що робить видимими особливості структури. Отримати колір-

ве зображення структури можливе при використанні поляризованого світла та спеціальних пристроїв. При цьому слід пам'ятати, що кольори, що отримуються, є умовними і не пов'язані з фізичними властивостями фаз. До таких методів належить метод диференціально-інтерференційного розмаїття. На рис. 4, показано зображення включення, отримане з використанням диференціально-інтерференційного контрасту. Його застосування підвищило чіткість зображення та глибину різкості. Наведення різкості на поверх-

ШРис. 4. Частинки оксиду алюмінію у сплаві АК21М2,5Н2,5 у світлому полі (а), темному полі (б), із застосуванням диференціально-інтерференційного контрасту (в)

Рис. 5. Призма Волластона (а) та схема розщеплення світлового пучка (б)

ність включення дозволяє бачити також надлишковий та евтектичний кремній.

Метод диференціально-інтерференційного контрасту (ДІК) є удосконаленим методом поляризаційного контрасту і може застосовуватися для візуалізації мінімальних відмінностей по висоті або нерівностей на поверхнях . При цьому використовується двопромене-заломлююча призма Номарського або Волластона (рис. 5, а), яка розщеплює поляризований пучок світла на його шляху до зразка на два часткові пучки (рис. 5, б).

Ця призма складається з двох склеєних між собою прямокутних призм, виготовлених із кристалів, що мають подвійне променезаломлення (ісландський шпат, природний кварц). Призми склеєні таким чином, щоб їх оптичні осі були взаємно перпендикулярні. Промінь світла, що падає на бічну грань першої призми, поділяється на два плоско поляризовані промені - звичайний і незвичайний, що розповсюджуються в такому кристалі з різними швидкостями. Потрапляючи в другу призму під іншим кутом до напрямку оптичної осі, вони переломлюються біля поверхні розділу двох склеєних призм під різними кутами (при цьому звичайний промінь стає незвичайним і навпаки). Виходячи з другої призми назовні, кожен із двох променів знову заломлюється, майже симетрично відхиляючись один від одного в різні боки від напрямку променя, що входить у першу призму. Візуально цей принцип виявляється у тому, що поверхні зразка висвітлюються поляризованим монохроматичним світлом, тобто таким, що має певну довжину хвилі (= забарвлення синім або червоним, або зеленим тощо). Якщо поверхня зразка абсолютно плоска, вона офарблюється однаково. При горизонтальному переміщенні призми колір плоскої поверхні змінюватиметься відповідно до схеми, наведеної на рис. 6 (кольорова шкала наведена тут для наочності та не відповідає

шкалою інтерференційних кольорів). При горизонтальному переміщенні призми поверхня спочатку має, наприклад, жовтий колір, потім зелений тощо.

Однак якщо є невеликий ступінь (перепад висоти) на поверхні зразка, то один із цих двох часткових променів повинен пройти шлях на 25к (к - висота перепаду, 5 - різницю ходу променів) довше і придбати різницю ходу. Тому ділянки зразка, що лежать вище або нижче основної поверхні його поверхні, будуть мати свій власний колір. Це показано на рис. 7. При світлопольному висвітленні частки карбіду кремнію, розташовані на включенні надлишкового кремнію, мають вигляд темних плям (рис. 7, а). При використанні диференціально-інтерференційного розмаїття (рис. 7, б) частинки SiC мають свій колір за рахунок того, що розташовані над площиною шліфу.

Якщо поверхня вигнута, можна бачити одночасно кілька кольорів чи весь спектр. Для ілюстрації було сфотографовано плоску поверхню, у разі об'єкт-микрометр (рис. 8, а). Після цього, не змінюючи параметрів оптичної системи мікроскопа, сфотографована поверхня сталевої кульки (рис. 8, б). Верхня точка сферичної поверхні відповідає білій плямі; колір, приблизно відповідаю-

Рис. 6. Схема фарбування поверхні зразка

1ЕП 1ПГГТТгП г: гл^гтллтгггггт

I та та / 3 (67), 2012-

Рис. 7. Частинки карбіду кремнію в кристалах надлишкового кремнію заевтектичного силуміну у світлому полі (а);

ДІК - контраст (б)

Рис. 8. Фрагмент шкали об'єкт-мікрометра (а) та зображення криволінійної поверхні в ДВК (б)

щий кольору площині рис. 8, а вказаний стрілкою. Колір смуг змінюється відповідно до кривизни сферичної поверхні. Послідовність кольорів відповідає шкалі інтерференційних кольорів при інтерференції на клиноподібній платівці. Практично цей метод є «про-

ратним» тому, що застосовується в кристалографії для визначення товщини прозорих кристалів .

При вивченні об'єктів у відбитому світлі з використанням диференціально-інтерференційних пристроїв спостерігається підвищення кон-

трасту окремих ділянок об'єкта з близькими за значеннями коефіцієнтами відображення, що дає додаткову інформацію про структуру об'єкта. При цьому об'єкт видається рельєфним. Метод дозволяє аналізувати зразок з точністю вимірювання висоти нерівності (товщини) в нанометровому діапазоні. Приклад того, як може з-

ррм^гг/^штгггг: /1К1

3 (67), 2012 I IUI

змінюватися забарвлення зразка при переміщенні призми, показано на рис. 9. Тут представлено поєднання різнорідних матеріалів зварюванням. Різні половини зразка мають різні властивості та поліруються нерівномірно. Матеріал по різні боки від шва має деяку відмінність по висоті і відповідно забарвлюється у різні кольори.

Література

1. Червяков А. Н., К е с л е л а С. А., Рильнякова А. Г. Металографічне визначення включень у сталі. М: Держ. наук.-техн. вид-во літератури з чорної та кольорової металургії, 1962.

2. П а н ч е н о Е. В., С к а к о в Ю. А., К р і м е р Б. І. та ін. Лабораторія металографії / За ред. Б. Г. Лівшиця. М: Металургія, 1965.

3. Татарський В. Б. Кристаллооптика та емерсійний метод. М: Надра, 1965.

4. Л е в і н Е. Е. Мікроскопічне дослідження металів. М.; Л.: Держ. наук.-техн. вид-во машинобудівної літератури, 1951.

5. А н і с о в і ч А. Г., Рум'я н ц е в а І. Н. Мистецтво металографії: можливості використання темнопольного зображення для аналізу структури металів: Зб. матеріалів 4-й Міжнар. наук.-техн. конф. «Сучасні методи та технології створення та обробки матеріалів». Мінськ, 19-21 жовтня 2009 р. Кн. 1. С. 7-12.

6. А н і с о в і ч А. Г., Рум'я н ц е в а І. Н. Застосування методу диференціального інтерференційного розмаїття в металознавстві: Зб. матеріалів 3-й Міжнар. наук.-техн. конф. «Сучасні методи та технології створення та обробки матеріалів». Мінськ, 15-17 жовтня 2008 р. Т. 1. С. 130-135.

7. К л а р к Е. Р., Е б е р х а р д т К. Н. Мікроскопічні методи дослідження матеріалів. М: Техносфера, 2007.

8. Єгорова О. В. Технічна мікроскопія. З мікроскопом на "ти". М: Техносфера, 2007.

9. Призми Волластона// ТОВ Оптікс Провайдер [Електронний ресурс]. 2012-Режим доступу: http://opticsprovider.ru.

10. Призма Волластона// ТОВ «Елан» [Електронний ресурс]. 2012-Режим доступу: http://www.elan-optics.com.

11. Четверіков С. Д. Методика кристалооптичних досліджень шліфів. М: Держ. вид-во геолог. літератури, 1949.

Тепер настав час поговорити про те, в чому полягає суть поляризації світла .

У найзагальнішому сенсі правильніше говорити про поляризацію хвиль. Поляризація світла, як явище, є окремим випадком поляризації хвилі. Адже світло є електромагнітним випромінюванням у діапазоні, що сприймається очима людини.

Що таке поляризація світла

Поляризація - Це характеристика поперечних хвиль. Вона описує положення вектора величини, що коливається в площині, перпендикулярній напрямку поширення хвилі.

Якщо цієї теми не було на лекціях в університеті, то ви, ймовірно, запитаєте: що це за величина, що коливається, і яким напрямом вона перпендикулярна?

Як виглядає поширення світла, якщо на це питання з погляду фізики? Як, де і що вагається, і куди при цьому летить?

Світло – це електромагнітна хвиля, яка характеризується векторами напруженості електричного поля. E та вектором напруженості магнітного поля Н . До речі, цікаві факти про природу світла можна дізнатися із нашої статті.

Відповідно до теорії Максвелла , світлові хвилі поперечні. Це означає, що вектори E і H взаємно перпендикулярні і коливаються перпендикулярно до вектора швидкості поширення хвилі.

Поляризація спостерігається лише на поперечних хвилях.

Для опису поляризації світла досить знати становище лише з векторів. Зазвичай для цього розглядається вектор E .

Якщо напрями коливань світлового вектора упорядковані, світло називається поляризованим.

Візьмемо світло на малюнку, яке наведено вище. Він, безумовно, поляризований, тому що вектор E коливається в одній площині.

Якщо ж вектор E коливається в різних площинах з однаковою ймовірністю, то таке світло називається природним.

Поляризація світла за визначенням – це виділення із природного світла променів із певною орієнтацією електричного вектора.

До речі! Для наших читачів зараз діє знижка 10% на будь-який вид роботи

Звідки береться поляризоване світло?

Світло, яке ми бачимо навколо себе, найчастіше неполяризоване. Світло від лампочок, сонячне світло – це світло, в якому вектор напруженості коливається у всіх можливих напрямках. Але якщо вам за родом діяльності доводиться весь день дивитися на РК-монітор, знайте: ви бачите поляризоване світло.

Щоб спостерігати явище поляризації світла, потрібно пропустити природне світло через анізотропне середовище, яке називається поляризатором і «відсікає» непотрібні напрямки коливань, залишаючи якесь одне.

Анізотропне середовище - середовище, що має різні властивості в залежності від напрямку всередині цього середовища.

Як поляризатори використовуються кристали. Один з природних кристалів, які часто й давно застосовуються в дослідах з вивчення поляризації світла - турмалін.

Ще один спосіб отримання поляризованого світла – відображення від діелектрика. Коли світло падає на межу розділу двох середовищ, промінь поділяється на відбитий і заломлений. При цьому промені є частково поляризованими, а ступінь їхньої поляризації залежить від кута падіння.

Зв'язок між кутом падіння та ступенем поляризації світла виражається законом Брюстера .

Коли світло падає на межу розділу під кутом, тангенс якого дорівнює відносному показнику заломлення двох середовищ, відбитий промінь є лінійно поляризованим, а заломлений промінь поляризований частково з переважанням коливань, що лежать у площині падіння променя.

Лінійно поляризоване світло - світло, яке поляризоване так, що вектор E коливається лише в одній певній площині.

Практичне застосування явища поляризації світла

Поляризація світла – це не просто явище, яке цікаво вивчати. Воно широко застосовується практично.

Приклад, з яким майже всі знайомі – 3D-кінематограф. Ще один приклад – поляризаційні окуляри, в яких не видно відблисків сонця на воді, а світло фар зустрічних машин не сліпить водія. Поляризаційні фільтри застосовуються у фототехніці, а поляризація хвиль використовується передачі сигналів між антенами космічних апаратів.

Поляризація – не найскладніше для розуміння природне явище. Хоча якщо копнути глибоко і почати ґрунтовно розумітися на фізичних законах, яким вона підпорядковується, можуть виникнути складнощі.

Щоб не гаяти часу і подолати труднощі максимально швидко, зверніться за порадою та допомогою до наших авторів. Ми допоможемо виконати реферат, лабораторну роботу, вирішити контрольні завдання на тему "Поляризація світла".

Бліки є концентрацією світлових променів при їх відображенні від блискучих поверхонь.

Людському оку стає складно забезпечити чіткість зорового сприйняття.

Блокування неприємних горизонтальних променів зветься поляризації.

Поляризаційна сліпота людини

Світло, що оточує в повсякденному житті людини, має три характеристики:

• Яскравість;
• Довжина хвилі. Її визначають як колірної палітри навколишнього світу;
• Поляризацію.

Остання характеристика недоступна для людини. Можна провести досліди зі спеціальними фільтрами, щоб зрозуміти, про яке явище йдеться. Проте уявити світ таким, як він виглядає, у результатах дослідів майже неможливо.

Більшість тварин та комах можуть розрізняти поляризацію світла.

За допомогою фотоприладдя, розглядаючи блакитне небо, можна побачити появу особливої ​​темної смуги. Ефект проявляється при повороті фільтрів у разі розміщення сонця збоку.

Складні маніпуляції. Кожна бджола здатна розрізняти цей ефект без будь-яких пристроїв. Однак, далеко не факт, що вона бачить таку саму смугу.

Дослідження в цій галузі були розпочаті ще в 1690 Х.Гюйгенсом, а потім продовжені І.Ньютоном і Дж.Максвеллом, щоб в 1844 Хайдінгер зміг зробити дивовижне відкриття.

Не всі люди байдужі до поляризації світла. Очі деяких можуть розрізняти її без спеціальних приладів або фільтрів.

Їм достатньо дивитися на однорідне поле, освітлене поляризованим світлом, щоб побачити фігуру Хайдінгера. Вона нагадує еліпс, здавлений у центрі. Її забарвлення наближене до світло-жовтого, а фон здається блакитним.

Бачити подібну картину можна лише кілька секунд. Розташування фігури завжди строго перпендикулярне поляризаційним променям.

Застосування досліджень поляризації в офтальмології

Дослідження в лінійно поляризованому та циркулярнополяризованому світлі підтвердили, що люди, які мають здатність бачити фігуру, спостерігають її в обох випадках.

В результаті виникло припущення, що деяким сферам ока під силу надавати подвійне заломлення світла. Також було встановлено, що якістю відрізняється саме сітківка ока чи її поверхню.

При зверненні людини до офтальмолога через ослаблення зору та збереження здатності бачити унікальну фігуру, фахівець виключає захворювання, пов'язані з сітківкою.

Втрата можливості бачити фігуру постійно пов'язані з пошкодженням сітківки.

При встановленні поляризатора в променевий канал дослідникам вдалося вивчити анатомічні особливості будови ока. Перші досліди у цьому напрямі було проведено ще 1920 року, але тоді забракло можливостей техніки.

Відновили дослідження японські вчені, які підтвердили припущення про перетин волокон у центральній частині рогівки за принципом сітки.

Для своїх експериментів вони використовували хвильову пластинку, за допомогою якої змогли зібрати максимально точні дані про світлові промені, що відбиваються від прозорих елементів ока.

Захист ока за допомогою поляризації світла

Водії, рибалки, лижники чудово знають, наскільки серйозні навантаження доводиться зазнавати очей. Людині необхідно зберігати швидкість реакцію непередбачені ситуації.

Звичайні сонцезахисні окуляри не здатні придушити агресивну дію відблисків на поверхню ока, змушуючи мружитися.

Крім певного дискомфорту відблиски викликають серйозну втому очей, викликаючи короткочасну, але значну втрату гостроти зору.

Тривалі дослідження у сфері захисту від негативних явищ набули реального втілення з недостатнім розвитком технічного прогресу.

Використання поляризаційних лінз в окулярах повністю блокують відблиски. Якщо оптичні властивості лінзи збережені при отриманні необхідного вигину, людина не відчуватиме дискомфорту, розглядаючи світ крізь лінзи таких окулярів.

Різниця між звичайними сонячними окулярами та окулярами з поляризаційними лінзами величезна.

Вони не тільки блокують яскраві пучки світла, але й представляють світ максимально контрастним, що дозволяє моментально помітити будь-яку зміну, а значить, і своєчасно зреагувати на неї.
Якісно розроблені моделі поляризаційних окулярів абсолютно комфортні, не викликають відчуття втоми навіть за тривалого використання.

Професійне використання оптичного ефекту

Нездатність людського ока розрізнити багато контрастів у звичайному денному світлі зовсім не означає відсутність можливості оцінити всю глибину та красу моменту.

Професійні фотографи чудово знають, що спеціальні фільтри дозволяють побачити справжню відстань між майже прозорими об'єктами.

Хмари на тлі синього неба виглядають неймовірно пухнастими, об'ємними.

Дослідження вчених у галузі оптики дозволили створити найчутливіший мікроскоп.

У його конструкцію включені поляризатори та поляризаційні компенсатори, що дозволяє отримати максимальну чіткість та контрастність найдрібніших частинок, існування яких до цього навіть не було визначено.

Одним із подібних відкриттів стало визначення елементів ядра клітини. Зараз багато вчених навіть не представляють свою роботу без такої точної техніки.

Поляризація активно використовується у багатьох сферах людського життя. Навіть розважальна індустрія не залишилася осторонь, запропонувавши любителям кіно оцінити фільми у форматі 3D.

Використання фільтрів для поділу інформації для кожного ока, щоб в результаті отримати абсолютно нове зображення, що повністю змінює уявлення про можливості людського ока та багатогранність світу.

					F Tran
					A BB YY

F Tran

A B BYY

е коливання, які здійснюються тільки в одній певній площині;

напрям коливань задається поляризатором. Мінерал вивчається в поляризованому світлі, яке зовні нічим не відрізняється від звичайного світла, тобто ми без додаткових пристроїв не в змозі визначити, з яким світлом маємо справу - простим або поляризованим. Для того щоб скористатися всіма перевагами поляризованого світла, необхідно використовувати ще один поляризатор, який називається аналізатором. Він розташований у верхній частині тубуса безпосередньо перед окулярами. Аналізатор можна прибирати, і тоді ми розглядаємо мінерал на просвіт так само, як у звичайному світлі. Коли ж аналізатор включений (ніколи схрещені), спостерігаються специфічні картини, що залежать від структури мінералу та його оптичних властивостей.

Для можливості використання поляризованого мікроскопа необхідні спеціальні знання з кристалооптики, тому що, використовуючи такий мікроскоп, дослідник з оптичних властивостей і явищ, що спостерігаються тільки в такий мікроскоп, може багато сказати про структуру мінералу. Не вдаючись у теоретичні знання кристалооптики, ми розглянемо деякі практичні наслідки, які можна спостерігати при роботі з поляризаційним мікроскопом.

ПРО ПТИЧНІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МІНЕРАЛІВ

Найбільш важливими оптичними властивостями для ідентифікації мінералів є оптичний клас та показник заломлення.

При оптичному методі дослідження застосовують поляризаційний мікроскоп. Треба приготувати препарат із досліджуваних зерен. Досліджувані зерна мають бути невеликими (при необхідності великі зерна роздавлюють) – розмір 0,1–0,2 мм. Вони повинні бути (бути занурені) у краплі рідини на предметному склі, покритій покривним склом. Іноді мінерали досліджуються у шліфах (тонких пластинках завтовшки 0,03 мм). Пластинки наклеюють на предметне скло спеціальною ізотропною речовиною, смолою – канадським бальзамом і накривають покривним склом. Але це стосується вивчення мінералів разом із гірськими породами.

Перше завдання щодо мінералу полягає у з'ясуванні, якого мінеральному виду він належить: чи є корундом, цирконом, оливином чи польовим шпатом. Перше припущення про природу мінералу нерідко можна зробити на підставі його кольору, блиску та загального вигляду, але бути впевненим у правильності визначення можна тільки в результаті виміру тієї чи іншої оптичної або фізичної константи.

Перш ніж визначати оптичні властивості мінералу, під мікроскопом спостерігають його фізичні властивості, пов'язані зі структурою та симетрією – це форма зерен або їх уламків, спайність, тріщинуватість, включення. Наявність чи відсутність спайності виявляється зазвичай при дробленні мінералу на дрібні уламки; так мінерал з доброю спайністю утворює осколки пре-

					F Tran
					A BB YY

F Tran

A B BYY

майново з прямими ребрами (наприклад, амфіболи, піроксени, польові

шпати та тригональні карбонати). У деяких випадках під мікроскопом можна визначити напрямки чи кути спайності.

Вивчення прозорості

Мінерали бувають прозорі, напівпрозорі та непрозорі. Мінерали, що складають гірські породи (силікати, алюмосилікати, рідше карбонати і фосфати) є прозорими – це олівін, піроксен, амфібол, кварц, польові шпати, кальцит, апатит та ін. . Непрозорими називаються мінерали, що не просвічують навіть у тонких скелях, наприклад, пірит, халькопірит, магнетит, ільменіт та ін.

Вивчення форми зерен

Для багатьох мінералів форма зерен і наявність спайності є діагностичними ознаками, що легко спостерігаються, тому з їх вивчення і треба починати визначення мінералу. Анізотропні мінерали в залежності від типу кристалічної решітки можуть мати т а б л і т ч а ти, е п р і з м а т і ч е - с к і е, пл а с т і н ч а т і , листові, че ш у й ч а т е, і го л ь ч а т і інші форми

Дослідження включень

Включення та їх характер дають уявлення про умови кристалізації несучого їх мінералу, від якого вони відрізняються розмірами, формою, рельєфом та кольором. Включення можуть бути представлені округлими бульбашками, тонкими голчастими кристалами і неправильними утвореннями (при заміщенні). Пухирці заповнені газом, рідиною, іноді тим і іншим разом і навіть за участю твердої фази - дрібних кристаликів будь-яких мінералів. Точна діагностика включень потребує спеціальної методики. Тому при вивченні під мікроскопом обмежуються описом їх форми та розмірів, орієнтування по відношенню до граней або спайності, кількості, рівномірності розподілу в мінералі та визначенням у першому наближенні.

Визначення оптичного класу

Анізотропні речовини легко відрізнити від ізотропних, якщо спостерігати препарат з досліджуваними зернами під поляризаційним мікроскопом з ст. денним аналізатором.

1. Рідина та зернаізотропної речовиниздаватимуться темними і залишаться такими при будь-якому повороті столика мікроскопа.

2. Здебільшого зеренанізотропної речовиниспостерігатимуться кольори інтерференції, а зерна ставатимуть темними (погасатимуть) чотири рази з інтервалом у 90º при повному повороті столика мікроскопа.

3. Щоб визначити, чи є анізотропний мінералодновісним (мінералом середніх сингоній) або двовісним (мінералом нижчих сингоній) іс-

					F Tran
					A BB YY

F Tran

A B BYY

користують спостереження у світлі, що сходить. Для цього застосовують лінзу Бертра-

на, що робить світло схожим. Перед визначенням осності серед маси зерен знаходять тьмяне сіре зерно, навіть коли воно знаходиться на 45 º від положення максимального згасання. При включенні лінзи Бертрана отримують одну з характерних фігур інтерференції (чорний хрест для одновісних мінералів або одну, що не йде при обертанні столика мікроскопа, гілка гіпербол для двовісних мінералів). Тут же можна визначити оптичний знак мінералу (позитивний або негативний), якщо скористатися додатковими пристроями – кварцовою пластинкою або кварцовим клином.

Визначення показника заломлення

Відхилення напрямку світлового променя під час входження в інше середовище називається світлозаломленням. Показник заломлення може бути визначений як швидкість світла у повітрі, поділена на швидкість світла у середовищі. Швидкість світла повітря становить300 000 км/сек. З такою ж величезною швидкістю йде до нас світло від Сонця та зірок. У кварці (гірський кришталь, аметист) швидкість світла знижується до 194 000 км/сек, а алмазі до 124 000 км/сек. Таким чином алмаз має показник заломлення 300 000: 124 000 = 2,42, тобто найвищий у порівнянні з показниками заломлення всіх дорогоцінного каміння, що використовуються в ювелірній справі, що обумовлює блискучий алмазний блиск каменю.

Вимірювання величин показника заломлення є важливим способом визначення мінералів. Для кожного мінералу характерний певний показник чи показники заломлення.

Для ізотропних мінералів характерний лише один показник заломлення, а для анізотропних – два або три крайні значення. Світло, проходячи через ізотропну речовину (наприклад, воду, скло або ізотропний мінерал – гранат, шпинель, флюорит) поширюється з однаковою швидкістю в усіх напрямках – показник заломлення таких речовин лише один.

Також ви пам'ятаєте, що промінь світла, проходячи через кальцит (або інші анізотропні речовини), розпадається на два промені, коливання яких взаємно перпендикулярні. Один із променів називають звичайним, а інший незвичайним. Один із променів матиме максимальний показник заломлення для даного мінералу, а другий, перпендикулярний першому – мінімальний. Для мінералів нижчих сингоній існує ще й третій показник заломлення n m проміжний. Чим більша різниця між значеннями мінімального та максимального показників заломлення, тим більша у мінералу двозаломлення. Двозаломлення, на відміну від показника заломлення, визначити під мікроскопом набагато складніше, тому що цей параметр залежить від товщини зерна. Двозаломлення визначають у шліфах та на рефрактометрі.

Перед тим як проводити точні вимірювання показника заломлення необхідно знайти орієнтований переріз мінералу (зазвичай він повинен лежати на склі паралельно осі симетрії), в якому можна точно визначити два показники заломлення – один уздовж осі, а другий – перпендикуляр.

F Tran

P

A B BY Y

та їй. Хоча часто буває достатньо визначити загалом величину показника заломлення, щоб оцінити її як високу, середню або низьку.

Показник заломлення ювелірного каміння (особливо в оправі) визначають за допомогою рефрактометра. Незакріплене ювелірне каміння (особливо, якщо у них немає рівних граней) визначають за допомогою імерсійних рідин. При використанні цього методу зерно занурюють у краплю рідини з відомим показником заломлення та накривають покривним склом. Спостереження поверхні мінералу та його контактів з рідиною покажуть на скільки показники заломлення цих двох компонентів (мінералу та рідини) різняться між собою. Чим менша різниця в показниках заломлення, тим тонша межа зерна і тим гладкіша буде його поверхня. Відомості про те, більший чи менший показник заломлення мінералу по відношенню до рідини, дасть оптичний ефект, який називається смужка Бекке. Це світлова смужка на контакті мінералу та рідини, що виникає через різницю показників заломлення двох середовищ.

У напрямку руху смужки Бекке можна судити про те, що більший або менший показник заломлення мінералу, ніж показник заломлення рідини. Для цього треба притінити зображення, трохи прикривши діафрагму, зробити велике збільшення та обережно опускати або піднімати столик мікроскопа. Якщо смужка Бекке при опусканні столика буде рухатися на мінерал, його показник заломлення вище, ніж у рідини, якщо від мінералу, то навпаки.

Вивчення забарвлення мінералу та плеохроїзму

Це важлива властивість, яку мають пофарбовані мінерали. Переважна більшість мінералів, що володіють плеохроїзмом, макроскопічно його не виявляють, тому що для цього потрібні спеціальні умови спостереження (на просвіт), а багато, що чудово плеохрують мінерали через свій темний колір у великих зернах, не просвічують (наприклад, біотит і рогова обманка). Для спостереження плеохроїзму досить крутити столик мікроскопа і спостерігати зміну кольору мінералу (без аналізатора).

Незважаючи на те, що мінерал може бути пофарбований у різних породах - по-різному, у нього є якийсь частіше за інших зустрічається колір, який є основним. Забарвлення мінералу, обумовлене його внутрішніми властивостями, називається ідіохроматичної, а залежить від домішок – алохроматичної. При проходженні через будь-яку речовину інтенсивність світла завжди зменшується, тому що світло частково поглинається цією речовиною. Якщо всі довжини хвиль білого світла поглинаються (а б о р б і р у ю т) рівномірно, то речовина здаватиметься безбарвним. Якщо якісь довжини хвиль поглинаються інтенсивніше,

та речовина здаватиметься забарвленою. Оптично ізотропні речовини мають рівномірну абсорбцію, тому при обертанні столика мікроскопа їх забарвлення не буде змінюватися. Однак найчастіше ми маємо справу з оптично анізотропними середовищами, що мають вибіркову абсорбцію. Така і з-

* Забарвлення є результатом суми всіх довжин хвиль світла, що пройшли через цю речовину;

Лікар технічних наук А. ГОЛУБЄВ.

Дві абсолютно однакові пластинки з трохи затемненого скла або гнучкого пластику, складені разом, практично прозорі. Але варто повернути якусь одну на 90о, як перед оком виявиться суцільна чорнота. Це може здатися дивом: кожна пластинка прозора при будь-якому повороті. однак уважний погляд виявить, що при певних кутах її повороту відблиски від води, скла та полірованих поверхонь зникають. Це можна спостерігати, розглядаючи екран комп'ютерного РК-монітора через платівку: за її повороті яскравість екрана змінюється і за певних положеннях гасне зовсім. «Винник» всіх цих (і багатьох інших) цікавих явищ – поляризоване світло. Поляризація - це властивість, якою можуть мати електромагнітні хвилі, у тому числі видиме світло. Поляризація світла має безліч цікавих застосувань і заслуговує на те, щоб про неї поговорити докладніше.

Наука та життя // Ілюстрації

Механічна модель лінійної поляризації світлової хвилі. Щілина у паркані пропускає коливання мотузки лише у вертикальній площині.

В анізотропному кристалі світловий промінь розщеплюється на два, поляризовані у взаємно-перпендикулярних (ортогональних) напрямках.

Простий і незвичайний промені просторово поєднані, амплітуди світлових хвиль однакові. За її складанні виникає поляризована хвиля.

Так світло проходить через систему з двох поляроїдів: а - коли вони паралельні; б - схрещені; в - розташовані під довільним кутом.

Дві рівні сили, прикладені в точці А у взаємно-перпендикулярних напрямках, змушують маятник рухатися по круговій, прямолінійній або еліптичній траєкторії (пряма – це «вироджений» еліпс, а коло – його окремий випадок).

Наука та життя // Ілюстрації

Фізпрактикум. Рис. 1.

Фізпрактикум. Рис. 2.

Фізпрактикум. Рис. 3.

Фізпрактикум. Рис. 4.

Фізпрактикум. Рис. 5.

Фізпрактикум. Рис. 6.

Фізпрактикум. Рис. 7.

Фізпрактикум. Рис. 8.

Фізпрактикум. Рис. 9.

У природі існує безліч коливальних процесів. Один з них - гармонійні коливання напруженостей електричного та магнітного полів, що утворюють змінне електромагнітне поле, яке розповсюджується у просторі у вигляді електромагнітних хвиль. Хвилі ці поперечні - вектори е ін напруженостей електричного і магнітного полів взаємно-перпендикулярні і коливаються поперек напряму поширення хвилі.

Електромагнітні хвилі умовно поділяють на діапазони довжин хвиль, що утворюють спектр. Найбільшу його частину займають радіохвилі із довжиною хвилі від 0,1 мм до сотень кілометрів. Невелика, але дуже важлива ділянка спектра - оптичний діапазон. Він ділиться на три області - видиму частину спектра, що займає інтервал приблизно від 0,4 мкм (фіолетове світло) до 0,7 мкм (червоне світло), ультрафіолетову (УФ) та інфрачервону (ІЧ), невидимі оком. Тому поляризаційні явища доступні безпосередньому спостереженню лише у видимій області.

Якщо коливання вектора напруженості електричного поля світлової хвилі повертаються в просторі випадковим чином, хвиля називається неполяризованою, а світло - природним. Якщо ці коливання відбуваються лише в одному напрямку, хвиля лінійно-поляризована. Неполяризовану хвилю на лінійно-поляризовану перетворюють за допомогою поляризаторів - пристроїв, що пропускають коливання лише одного напрямку.

Спробуємо зобразити цей процес наочно. Уявімо звичайний дерев'яний паркан, в одній із дощок якого прорізана вузька вертикальна щілина. Просунемо крізь цю щілину мотузку; її кінець за парканом закріпимо і почнемо мотузку струшувати, змушуючи її коливатися під різними кутами до вертикалі. Питання: а як вагатиметься мотузка за щілиною?

Відповідь очевидна: за щілиною мотузка коливатиметься лише у вертикальному напрямку. Амплітуда цих коливань залежить від напрямку зсувів, що приходять до щілини. Вертикальні коливання пройдуть крізь щілину повністю та дадуть максимальну амплітуду, горизонтальні – щілина не пропустить зовсім. А всі інші, «похилі», можна розкласти на горизонтальну та вертикальну складові, і амплітуда залежатиме від величини вертикальної складової. Але в будь-якому разі за щілиною залишаться лише вертикальні коливання! Тобто щілина в паркані - це модель поляризатора, що перетворює неполяризовані коливання (хвилі) на лінійно-поляризовані.

Повернемося до світла. Отримати з природного, неполяризованого світла лінійно-поляризоване можна декількома способами. Найчастіше застосовують полімерні плівки з довгими молекулами, орієнтованими в одному напрямку (згадаймо про забір зі щілиною!), призми і пластинки, що володіють подвійним променезаломленням, або оптичною анізотропією (неоднаковості фізичних властивостей за різними напрямками).

Оптична анізотропія спостерігається у багатьох кристалів – турмаліну, ісландського шпату, кварцу. Саме явище подвійного променезаломлення полягає в тому, що промінь світла, що падає на кристал, поділяється в ньому на два. При цьому показник заломлення кристала для одного з цих променів постійний за будь-якого вугілля падіння вхідного променя, а для іншого залежить від кута падіння (тобто для нього кристал анізотропен). Ця обставина настільки вразила першовідкривачів, що перший промінь назвали звичайним, а другий - незвичайним. І дуже суттєво, що ці промені лінійно-поляризовані у взаємно-перпендикулярних площинах.

Зауважимо, що у таких кристалах існує один напрям, яким подвійного заломлення немає. Цей напрямок називається оптичною віссю кристала, а сам кристал - одновісним. Оптична вісь - це саме напрямок, всі лінії, що йдуть уздовж нього, мають властивість оптичної осі. Відомі також двовісні кристали - слюда, гіпс та інші. Вони також відбувається подвійне заломлення, але обидва промені виявляються незвичайними. У двовісних кристалах спостерігаються складніші явища, яких ми торкатися не станемо.

У деяких одновісних кристалах виявилося ще одне цікаве явище: звичайний і незвичайний промені відчувають суттєво різне поглинання (це явище назвали дихроїзмом). Так, у турмаліні звичайний промінь поглинається майже повністю вже шляху близько міліметра, а незвичайний проходить весь кристал наскрізь майже без втрат.

Двоякопроломлюючі кристали застосовують для отримання лінійно-поляризованого світла двома способами. У першому використовують кристали, які не мають дихроїзму; їх виготовляють призми, складені з двох трикутних призм з однаковою чи перпендикулярною орієнтацією оптичних осей. У них або один промінь відхиляється убік, так що з призми виходить тільки один лінійно-поляризований промінь, або виходять обидва промені, але розведені на великий кут. У другому способі використовуються сильнодихроічне кристали, в яких один з променів поглинається, або тонкі плівки - поляроіди у вигляді листів великої площі.

Візьмемо два поляроіди, складемо їх і подивимося крізь них на якесь джерело природного світла. Якщо осі пропускання обох поляроїдів (тобто напрямки, у яких вони поляризують світло) збігаються, око побачить світло максимальної яскравості; якщо вони перпендикулярні, світло майже повністю погаситься.

Світло від джерела, пройшовши через перший поляроїд, виявиться лінійно-поляризованим уздовж його осі пропускання і в першому випадку вільно пройде через другий поляроїд, а в другому випадку не пройде (згадаймо приклад із щілиною у паркані). У першому випадку кажуть, що поляроїди паралельні, у другому - що поляроїди схрещені. У проміжних випадках, коли кут між осями пропускання поляроїдів відрізняється від 0 або 90о, ми отримаємо і проміжні значення яскравості.

Ходімо далі. У кожному поляризаторі вхідне світло розщеплюється на два просторо розділених і лінійно-поляризованих у взаємно-перпендикулярних площинах променя - звичайний і незвичайний. А що буде, якщо не розділяти просторово звичайне і незвичайне проміння і не гасити один з них?

На малюнку показано схему, що реалізує цей випадок. Світло певної довжини хвилі, що пройшло через поляризатор Р і стало лінійно-поляризованим, падає під кутом 90 про пластинку П, вирізану з одновісного кристала паралельно його оптичної осі ZZ.У платівці поширюються дві хвилі - звичайна і незвичайна - в одному напрямку, але з різною швидкістю (оскільки для них різні показники заломлення). Незвичайна хвиля поляризована вздовж оптичної осі кристала, звичайна - у перпендикулярному напрямі. Припустимо, що кут між напрямком поляризації падаючого на пластинку світла (віссю пропускання поляризатора Р) і оптичної віссю пластинки дорівнює 45 про амплітуди коливань звичайної і незвичайної хвиль А проі А ерівні. Це випадок складання двох взаємно перпендикулярних коливань з однаковими амплітудами. Подивимося, що вийде.

Для наочності звернемося до механічної аналогії. Є маятник, до нього прикріплена трубочка з випливаючим з неї тонким струмком чорнилом. Маятник коливається у строго фіксованому напрямку, і чорнило малює пряму лінію на аркуші паперу. Тепер ми штовхнемо його (не зупиняючи) у напрямі, перпендикулярному площині гойдання, отже розмах його коливань у новому напрямку став таким самим, як і початковому. Таким чином, ми маємо два ортогональні коливання з однаковими амплітудами. Що намалюють чорнило залежить від того, в якій точці траєкторії АОВбув маятник, коли ми його штовхнули.

Припустимо, що ми штовхнули його в той момент, коли він займав крайнє ліве положення, у точці А.Тоді на маятник подіють дві сили: одна у напрямку початкового руху (до точки О), інша - у перпендикулярному напрямку АС.Оскільки ці сили однакові (амплітуди перпендикулярних коливань рівні), маятник піде по діагоналі AD.Його траєкторією стане пряма лінія, що йде під кутом 45° до напрямків обох коливань.

Якщо штовхнути маятник, коли він знаходиться в крайньому правому положенні, в точці, то з аналогічних міркувань ясно, що його траєкторією буде теж пряма, але повернена на 90 о. Якщо штовхнути маятник в середній точці, кінець маятника опише коло, а якщо в якійсь довільній точці - еліпс; причому його форма залежить від того, в якій саме точці штовхнули маятник. Отже, коло і пряма – окремі випадки еліптичного руху (пряма – це «вироджений» еліпс).

Результуюче коливання маятника, що відбувається по прямій лінії, - модель лінійної поляризації. Якщо його траєкторія описує коло, коливання називається поляризованим по колу або циркулярно-поляризованим. Залежно від напрямку обертання, за годинниковою стрілкою або проти неї, говорять відповідно про право або лівоциркулярну поляризацію. Нарешті, якщо маятник описує еліпс, коливання називається еліптично-поляризованим, і в цьому випадку теж розрізняють праву або ліву еліптичну поляризацію.

Приклад з маятником дає наочне уявлення, яку поляризацію отримає коливання, що виникає при складанні двох взаємно перпендикулярних лінійно-поляризованих коливань. Виникає питання: що є аналогом завдання другого (перпендикулярного) коливання у різних точках траєкторії маятника для світлових хвиль?

Їм служить різниця фаз φ звичайної та незвичайної хвиль. Поштовхи маятника в точці Авідповідає нульова різниця фаз, у точці В -різницю фаз 180 про, в точці О - 90 про, якщо маятник проходить через цю точку зліва направо (від А до В), або 270 про якщо справа наліво (від В до А).Отже, при складанні світлових хвиль з ортогональними лінійними поляризаціями і однаковими амплітудами поляризація результуючої хвилі залежить від різниці фаз хвиль, що складаються.

З таблиці видно, що при різниці фаз 0 і 180 про еліптична поляризація перетворюється на лінійну, при різниці 90 і 270 про - в кругову з різними напрямками обертання результуючого вектора. А еліптичну поляризацію можна отримати додаванням двох ортогональних лінійно-поляризованих віл і при різниці фаз 90 або 270 про, якщо у цих хвиль різні амплітуди. Крім того, циркулярно-поляризоване світло можна отримати взагалі без складання двох лінійно-поляризованих хвиль, наприклад, при ефекті Зеемана - розщепленні спектральних ліній у магнітному полі. Неполяризоване світло частотою v, пройшовши через прикладене в напрямку поширення світла магнітне поле, розщеплюється на дві компоненти з лівою та правою циркулярними поляризаціями та симетричними щодо ν частотами (ν - ∆ν) та (ν + ∆ν).

Дуже поширений спосіб отримання різних видів поляризації та їх перетворення - використання так званих фазових пластинок з двоякозаломлюючого матеріалу з показниками заломлення. n oі n e.Товщина платівки dпідібрана так, що на її виході різниця фаз між звичайною та незвичайною компонентами хвилі дорівнює 90 або 180 про. Різниці фаз 90 відповідає оптична різниця ходу d(n o - n e),рівна λ/4, а різниці фаз 180 - λ/2, де λ - довжина хвилі світла. Ці платівки так і називаються - чвертьхвильова та напівхвильова. Пластинку товщиною в одну четверту або половину довжини хвилі виготовити практично неможливо, тому той же результат отримують з більш товстими пластинками, що дають різницю ходу (kλ + λ/4) та (kλ + λ/2), де k- Деяке ціле число. Чвертьхвильова пластинка перетворює лінійно-поляризоване світло на еліптично-поляризоване; якщо ж пластинка напівхвильова, то на її виході виходить також лінійно-поляризоване світло, але з напрямком поляризації, перпендикулярним до вхідного. Різниця фаз 45 про дасть циркулярну поляризацію.

Якщо між паралельними або схрещеними поляроїдами помістити двоякозаломлюючу пластинку довільної товщини і подивитися через цю систему на біле світло, ми побачимо, що поле зору стало кольоровим. Якщо товщина пластинки неоднакова, виникають різнокольорові ділянки, тому що різниця фаз залежить від довжини хвилі світла. Якщо один із поляроїдів (все одно, який) повернути на 90 о, кольори зміняться на додаткові: червоний – на зелений, жовтий – на фіолетовий (у сумі вони дають біле світло).

Поляризоване світло пропонували використовувати для захисту водія від сліпучого світла фар зустрічного автомобіля. Якщо на вітрове скло та фари автомобіля нанести плівкові поляроіди з кутом пропускання 45 о, наприклад праворуч від вертикалі, водій добре бачитиме дорогу і зустрічні машини, освітлені власними фарами. Але у зустрічних автомобілів поляроїди фар виявляться схрещеними з поляроїдом вітрового скла даного автомобіля, і світло фар зустрічних машин згасне.

Два схрещені поляроіди складають основу багатьох корисних пристроїв. Через схрещені поляроїди світло не проходить, але якщо помістити між ними оптичний елемент, що повертає площину поляризації, можна відкрити світла дорогу. Так улаштовані швидкодіючі електрооптичні модулятори світла. Між схрещеними поляроїдами міститься, наприклад, двоякозаломлюючий кристал, на який подається електрична напруга. У кристалі в результаті взаємодії двох ортогональних лінійно-поляризованих хвиль світло стає еліптично-поляризованим із складовою у площині пропускання другого поляроіду (лінійний електрооптичний ефект, або ефект Поккельса). При подачі змінної напруги періодично змінюватиметься форма еліпса і, отже, величина проходить через другий поляроїд складової. Так здійснюється модуляція – зміна інтенсивності світла з частотою прикладеної напруги, яка може бути дуже високою – до 1 гігагерця (10 9 Гц). Виходить затвор, що перериває світло мільярд разів на секунду. Його використовують у багатьох технічних пристроях - в електронних далекомірах, оптичних каналах зв'язку, лазерної техніки.

Відомі так звані фотохромні окуляри, що темніють на яскравому сонячному світлі, але не здатні захистити очі при дуже швидкому і яскравому спалаху (наприклад, при електрозварюванні) - процес затемнення йде порівняно повільно. Поляризаційні окуляри на ефекті Поккельса мають практично миттєву «реакцію» (менше 50 мкс). Світло яскравого спалаху надходить на мініатюрні фотоприймачі (фотодіоди), що подають електричний сигнал, під дією якого окуляри стають непрозорими.

Поляризаційні окуляри використовують у стереокіно, що дає ілюзію об'ємності. В основі ілюзії лежить створення стереопари - двох зображень, знятих під різними кутами, що відповідають кутам зору правого та лівого ока. Їх розглядають так, щоб кожне око бачило тільки призначений для нього знімок. Зображення для лівого ока проектується на екран через поляроїд з вертикальною віссю пропускання, а для правого - з горизонтальною віссю і точно поєднують їх на екрані. Глядач дивиться через поляроїдні окуляри, у яких вісь лівого поляроіда вертикальна, а правого горизонтальна; кожне око бачить лише «своє» зображення, і виникає стереоефект.

Для стереоскопічного телебачення застосовується спосіб швидкого поперемінного затемнення окулярів, синхронізованого зі зміною зображень на екрані. За рахунок інерції зору з'являється об'ємне зображення.

Поляроїди широко застосовуються для гасіння відблисків від стекол і полірованих поверхонь, від води (відбите від них світло сильно поляризоване). Поляризовано і світло екранів рідкокристалічних моніторів.

Поляризаційні методи використовуються в мінералогії, кристалографії, геології, біології, астрофізиці, метеорології, щодо атмосферних явищ.

Література

Жевандров Н. Д. Поляризація світла. - М: Наука, 1969.

Жевандров Н. Д. Анізотропія та оптика. - М: Наука, 1974.

Жевандров Н. Д. Застосування поляризованого світла. - М: Наука, 1978.

Шеркліфф У. Поляризоване світло/Пер. з англ. - М: Мир, 1965.

Фізпрактикум

ПОЛЯРИЗОВАНИЙ СВІТ

Про властивості поляризованого світла, саморобні полярископи та про прозорі предмети, що починають переливатися всіма кольорами веселки, журнал уже писав (див. «Наука і життя» № ). Розглянемо це питання з використанням нових технічних пристроїв.

Будь-який пристрій з кольоровим РК (рідкокристалічним) екраном-монітор, ноутбук, телевізор, DVD-плеєр, кишеньковий комп'ютер, смартфон, комунікатор, телефон, електронну фоторамку, MP3-плеєр, цифровий фотоапарат - можна використовувати як поляризатор (прилад, що створює поляризоване світло ).

Справа в тому, що сам принцип роботи РК-монітора ґрунтується на обробці поляризованого світла (1). Більш детальний опис роботи можна знайти на http://master-tv.com/, а для нашого фізпрактикуму важливо те, що якщо ми засвітимо екран білим світлом, наприклад, намалювавши білий квадрат або сфотографувавши білий аркуш паперу, то отримаємо плоскополяризоване світло, на тлі якого ми й вироблятимемо подальші досліди.

Цікаво, що, придивившись до білого екрану при великому збільшенні, ми не побачимо жодної білої точки (2) - все різноманіття відтінків виходить комбінацією відтінків червоного, зеленого та синього кольорів.

Може бути, завдяки щасливому випадку наші очі теж використовують три види колб, що реагують на червоний, зелений і синій кольори так, що при правильному співвідношенні основних кольорів ми сприймаємо цю суміш як білий колір.

Для другої частини полярископа – аналізатора – підійдуть поляризовані окуляри фірми «Polaroid», вони продаються в магазинах для рибалок (зменшують відблиски від водної поверхні) або в автомагазинах (прибирають відблиски від скляних поверхонь). Перевірити справжність таких окулярів дуже просто: повертаючи окуляри відносно один одного можна практично повністю перекрити світло (3).

І, нарешті, можна зробити аналізатор із РК дисплейчика від зіпсованих електронних годинників або інших виробів із чорно-білими екранами(4). З допомогою цих нескладних пристроїв можна побачити чимало цікавого, і якщо поставити аналізатор перед об'єктивом фотоапарата - зберегти вдалі кадри (5).

Предмет із абсолютно прозорої пластмаси - лінійка (8), коробочка для CD-дисків (9) або сам «нульовий» диск (див. знімок на першій сторінці обкладинки), - поміщений між РК-екраном та аналізатором, набуває райдужного забарвлення. Геометрична фігурка з целофану, знятого з пачки сигарет і покладена на листок того ж целофану, стає кольоровою (6). А якщо повернути аналізатор на 90 градусів, всі кольори зміняться на додаткові – червоний стане зеленим, жовтий – фіолетовим, помаранчевий – синім (7).

Причина цього явища в тому, що прозорий для природного світла матеріал насправді неоднорідний, або, те саме, анізотропен. Його фізичні властивості, зокрема показники заломлення різних ділянок предмета, неоднакові. Світловий промінь у ньому розщеплюється на два, що йдуть з різними швидкостями та поляризовані у взаємно-перпендикулярних площинах. Інтенсивність поляризованого світла, результат складання двох світлових хвиль, у своїй не зміниться. Але аналізатор виріже з нього дві плоско-поляризовані хвилі, що коливаються в одній площині, які інтерферуватимуть (див. «Наука і життя» № 1, 2008 р.). Найменша зміна товщини пластинки або напруги в її товщі призводить до появи різниці ходу хвиль і виникнення забарвлення.

У поляризованому світлі дуже зручно вивчати розподіл механічних напруг у деталях машин та механізмів, будівельних конструкціях. З прозорої пластмаси роблять плоску модель деталі (балки, опори, важеля) і прикладають до неї навантаження, що моделює реальне. Різнобарвні смуги, що виникають у поляризованому світлі, вказують на слабкі місця деталі (гострий кут, сильний вигин та ін.) – у них концентруються напруження. Змінюючи форму деталі, досягають максимальної її міцності.

Виконати таке дослідження нескладно і самим. З органічного скла (бажано однорідного) можна вирізати, скажімо, модель гака (гака для підйому вантажу), підвісити її перед екраном, навантажувати гирками різної ваги на дротяних петельках і спостерігати, як у ній змінюється розподіл напруг.