Новый физический фейерверк - [304]

6.126. Поляризационные солнцезащитные очки

Почему поляризационные солнцезащитные очки, линзы которых представляют собой поляризационный светофильтр, позволяют блокировать отраженный от полотна дороги слепящий свет лучше, чем простые темные очки? Почему поляризационные очки настолько улучшают видимость под водой, что, например, позволяют рыбаку заметить рыбу?

Снимите очки. Держа одно стекло перед глазом, закройте другой глаз и, направив взгляд вдоль наклонной линии, посмотрите на лужу воды. Вращая стекло относительно направления взгляда, можно увидеть, что при каких-то углах поворота (ориентациях фильтра) лужа исчезает. С чем это связано?

ОТВЕТ • Свет — это электромагнитная волна, представляющая собой колебания векторов электрического и магнитного полей. В световой волне эти вектора всегда направлены перпендикулярно направлению распространения волны. Если для наглядности заменить электрическое и магнитное поле короткими стрелочками, волну можно представить себе как стебель розы с торчащими в разные стороны шипами. Поляризация света (или ее отсутствие) относится к ориентации электрического поля, иначе говоря, векторов-стрелочек, представляющих собой электрическое поле. Поле не поляризовано, если эти стрелочки могут быть ориентированы в произвольном направлении, перпендикулярном направлению распространения света. Если свет поляризован, все стрелочки ориентированы вдоль одной линии: либо в одном направлении, либо в противоположном. Поляризованный свет встречается нечасто: свет от большинства обычных источников, включая солнце, не поляризован.

Отражаясь от некоторых поверхностей, неполяризованный свет становится поляризованным. Например, если неполяризованный солнечный свет отражается от тротуара или воды, он, при определенном угле падения, становится горизонтально поляризованным. Это означает, что электрическое поле световых волн лежит в горизонтальной плоскости (короткие стрелочки-вектора направлены горизонтально). Если глаза наблюдателя воспринимают этот свет, в месте отражения на тротуаре или на воде он видит яркое пятно — ослепляющий, резкий свет. Такой свет утомляет глаза и ухудшает видимость, например при вождении автомобиля.

Отраженный свет становится не таким ярким, когда вы надеваете обычные солнцезащитные очки, в которые вставлены затемненные пластиковые диски. Однако такие очки ухудшают обзор, затемняя все, что вы видите перед собой через лобовое стекло, а это может мешать следить за встречным транспортом. Другое дело поляризационные очки. Они поглощают горизонтально поляризованный свет и тем самым уменьшают блики от покрытия дороги или воды. Поскольку такие стекла поглощают часть излучения, они тоже ухудшают обзор, но в гораздо меньшей степени. Поэтому вы ясно и четко, без обычных слепящих бликов, видите дорогу перед собой. В таких очках можно разглядеть даже рыбу под водой, до того скрытую яркими бликами на воде.

Если вращать один из поляризационных дисков (одно из стекол очков) вокруг линии взгляда на лужу (прямой линии, соединяющей глаз и фиксированную точку), лужа исчезает, когда поляризационный фильтр блокирует отраженный от нее горизонтально поляризованный свет. Летая в поисках воды, некоторые водные насекомые находят ее по отраженному горизонтально поляризованному свету. Такой свет наиболее ярок, когда солнце находится под углом порядка 40° над горизонтом. По-видимому, это одна из причин, почему водные насекомые чаще вылетают на поиски воды не в середине дня, а рано утром или в сумерки.

6.127. Поляризация света неба

Почему свет большей части ясного неба слабо поляризован? Почему от некоторых участков исходит вообще не поляризованный свет?

Почему обычно свет от облаков не поляризован? Это помогает фотографировать облака: наденьте на объектив поляризационный фильтр и вращайте его до тех пор, пока облака не станут четко выделяться на фоне неба. Почему свет от облаков поляризован, если на закате солнца облака видны на востоке, а на восходе солнца — на западе? Если смотреть на такие облака через поляризационные очки или сверху, пролетая над ними в самолете, можно увидеть яркую дорожку, уходящую поверх облаков к расположенной напротив солнца части горизонта. Если поворачивать очки вокруг линии взгляда, дорожка исчезает. Почему появляется такая дорожка?

ОТВЕТ • Хотя прямой солнечный свет не поляризован, благодаря рассеянию на молекулах воздуха свет, идущий от большей части неба, поляризован. Рассмотрим такой пример. Пусть солнце находится низко на западе, а рассеивающие свет молекулы — в зените. Мы воспринимаем световые волны, в которых электрическое поле направлено (поляризовано) в направлении север — юг, и говорим, что свет горизонтально поляризован вдоль направления север — юг. Когда солнце низко, свет, идущий от большей части небосвода, поляризован вдоль той же оси. Однако при рассеянии на молекулах остаются участки неба на севере и на юге вблизи плоскости горизонта, где свет поляризован вертикально.

Свет, идущий от области неба почти напротив солнца (на востоке вблизи плоскости горизонта, если солнце низко на западе), должен был быть поляризован вдоль направления север — юг (рис. 6.46a). Однако свет, идущий оттуда, на самом деле поляризован вертикально, поскольку эту область скорее освещает свет от остальной части небосвода вблизи горизонта (где он вертикально поляризован), а не прямые солнечные лучи. Чуть выше этой области на небосводе есть место, где поляризация света отсутствует. Оно отделяет область небосвода вблизи горизонта, где доминирует вертикальная поляризация, и область выше над горизонтом, где свет поляризован вдоль направления север — юг.