Учёба. Образование

 Техническое творчество

 Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая Гвардия» 1955 г.

Среди многочисленных физических опытов большой интерес представляют опыты с поляризованным светом. Физическая сущность явлений поляризации очень сложна, и мы ограничимся только элементарными объяснениями, достаточными для понимания производимых нами опытов.

Естественный свет, испускаемый любым источником — солнцем, электрической лампой, газовой горелкой и т. д., — не поляризован, то есть он состоит из колебаний, которые не направлены специально ни в вертикальном, ни в горизонтальном, ни в каком-либо другом направлении. Эти световые колебания распространяются во всевозможных плоскостях, перпендикулярных к линии направления света.

Слово «поляризация» означает, что колебания происходят в каком-нибудь одном направлении-. Если колебания происходят вертикально, то это значит, что распространяются волны, колебания которых происходят вверху и внизу, то-есть свет поляризован вертикально. Если же мы говорим, что свет поляризован горизонтально, то под этим подразумеваем, что колебания происходят вправо и влево под прямым углом к линии распространения света.

Для получения поляризованного света и его обнаружения существуют специальные физические приборы, называемые в первом случае поляризаторами, а во втором анализаторами. Обычно они устроены одинаково.

Существует.несколько способов получения и анализа поляризованного света.

1. Поляризация при помощи поляроидов. Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение полярой^ дов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.

2.         Поляризация     посредством

отражения. Если естественный луч света

падает на черную   полированную   поверх

ность,  то  отраженный   луч    оказывается

частично поляризованным. В качестве поля

ризатора и анализатора может быть упот

реблено зеркальное или достаточно хорошо

отполированное  обычное   оконное   стекло,

зачерненное с одной стороны асфальтовым

лаком.

Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°.

3.         Поляризация     посредством

п р е л о м л е н и я. Световой луч   поляри

зуется не только при отражении, но и при

преломлении. В этом случае в качестве поля

ризатора и анализатора используется стопка

сложенных ©месте 10—15 тонких стеклянных

пластинок, расположенных к падающим на

них световым лучам под углом в 57°.

Для опытов с поляризованным светом мы построим несколько приборов (рис. 28). Так как поляроидные пленки приобрести очень трудно, в наших приборах в качестве поляризаторов и анализаторов мы используем черное стекло и стопки стеклянных пластинок.

Для постройки простейшего полярископа необходимо сделать два черных зеркала. Для этого возьмем две стеклянные фотопластинки размером 9X12 см, смоем с них эмульсию, тщательно протрем « с одной стороны покроем пластинки тонким слоем асфальтового лака. Когда лак просохнет, мы получим прекрасный поляризатор и анализатор. Пластинки устанавливают в приборе, изображенном на рисунке. Прибор представляет собой два деревянных или картонных ящичка, поставленных один на другой. Верхний ящик не имеет правой стенки и дна, а нижний — не имеет левой стенки и верхней крышки, вместо которой укреплена стеклянная прозрачная пластинка (непокрытая лаком), которая будет служить основанием для исследуемых объектов. В нижнем и верхнем ящиках под углом в 57° параллельно друг другу укреплены черные зеркала. Своей стеклянной. поверхностью зеркала обращены к открытым сторонам ящиков. После установки зеркал открытую боковую сторону нижнего ящика закрывают матовым стеклом. Стекло необходимо установить так, чтобы при случае его можно было вынуть.

Проведем первый опыт с полярископом. Установите прибор на столе так, чтобы свет, проходя через матовое стекло, падал на зеркало нижнего ящика. На горизонтальное основание (предметный столик) положите смятый кусочек целлофана или сложенную в виде гармошки пластинку слюды. Затем возьмите тонкую пластинку слюды и прикройте ею наблюдаемый объект (в данном случае комочек целлофана) так, чтобы свет проходил и через него и через пластинку слюды, которую вы держите е руках. Теперь посмотрите в зеркало верхнего ящика. Перемещая положение головы и глаз, вы увидите интересные световые эффекты, а поворачивая рукой пластинку слюды — чередующуюся -смену красок (дополнительных цветов). Применяя пластинки слюды различной толщины, вы будете получать все новые и новые световые эффекты.

В качестве объектов для нашего полярископа лучше всего применять слюду и целлофан. Наложив кусочки целлофана, нарезанные в виде треугольников, ромбов, квадратов и т. п. друг на друга или приклеив их к пластинке целлофана в виде узора так, чтобы узор состоял в разных своих частях из различного количества слоев целлофана, мы увидим в полярископе сияющие самыми разнообразными красками мозаичные картины. На рисунке даны образцы объектов из слюды: веер, звездочка, полуцилиндр и конус.

Веер делается из прямоугольных полосок слюды, расположенных в форме веера и скрепленных на одном конце или склеенных при помощи клея БФ-2.

Звездочка состоит из прямоугольных полосок, расположенных звездообразно и скрепленных в центре.

Полуцилиндр выгибается из тонкого прямоугольного листочка слюды и с помощью полосок картона и клея прикрепляется к слюдяному основанию. При рассматривании в полярископ он дает прямые цветные полосы.

Конус выгибается из кружка слюды, перед сгибанием из кружка вырезается небольшой сектор. Края конуса оклеиваются или скрепляются проволочной скобкой. Конус приклеивается к пластинке, слюды или стекла.

Перед изготовлением объектов необходимо отобрать листочки слюды, дающие в полярископе наиболее красивые цвета, которые зависят от толщины слюдяной пластинки. Если слюдяные пластинки очень толсты, их можно расщепить не бывшим в употреблении лезвием безопасной бритвы, лучше всего под водой.

Рассмотренный нами полярископ-имеет одно большое неудобство: его анализатор не поворачивается, и наблюдателю для получения лучшего угла отражения приходится изменять положение головы и глаз. Поэтому мы построим вторую модель полярископа, в котором роль анализатора будет играть не черное зеркало, а стопка стеклянных пластинок.

Для этого необходимо взять 15—16 покровных стекол, употребляемых при исследовании микроскопических объектов, сложить их вместе в стопку и поместить в картонную трубку так, чтобы отражающая поверхность стекол была наклонена к оси трубки под углом в 33°. Точный наклон угла зависит от сорта стекла и устанавливается опытным путем. В большинстве случаев покровные стекла имеют прямоугольную форму, поэтому прежде чем установить стопки стекол в круглую трубку, необходимо укрепить их в склеенной из картона прямоугольной коробочке, выдержав угол наклона в 33—35°. Удобнее всего сделать две прямоугольные коробочки, входящие одна в другую, и внутреннюю коробку разрезать пополам под нужным углом (рис. 28). Между скошенными таким образом стенками трубки зажимается стопка стекол, и вся система вставляется во вторую внешнюю прямоугольную коробку. Внутренние стенки коробок покрываются черной краской.

Анализатор должен поворачиваться вокруг своей вертикальной оси на 90°. Поэтому прямоугольную коробку с заложенной в ней стопкой стекол накрепко вклеивают в круглую картонную трубку, которая может вращаться во второй картонной трубке по принципу выдвижного объектива (рис. 28). Внутренняя трубка со стопкой стекол должна легко вращаться во внешней трубке. Полученная система устанавливается следующим образом: с полярископа снимается верхний ящик, к одной из боковых стенок нижнего ящика прибивается вертикально деревянная стойка, по которой двигается деревянная площадка с укрепленным в ней анализатором. Площадка с анализатором может быть установлена на любой высоте при помощи стопорного винта (рис. 28).

Все эксперименты, описанные ранее, могут быть повторены с новым анализатором.

Вращение анализатора на 90° дает возможность получить еовые цветовые комбинации, так как световые колебания пропускаются, когда поляризатор и анализатор параллельны друг яругу, и уничтожаются, когда поляризатор и анализатор пересекаются под прямым углом. Слюдяная пластинка, которую мы раньше поворачивали рукой над предметным столиком, при применении вращающегося анализатора не обязательна. Необходимость в применении матового стекла, прикрывающего открытую стенку нижнего ящика, тоже отпадает.

Проводя опыты с полярископами, не забывайте, что степень поляризации падающего светового луча зависит от угла его отражения от нижнего черного зеркала. Для различных сортов стекла, употребляемого в качестве зеркала, угол может _быть различным. Поэтому в случае неполной поляризации слегка измените угол наклона нижнего черного зеркала. Лучшее освещение при проведении опытов дает свет, отраженный от белых облаков.

Построенные нами две модели полярископов позволяют оровести опыты по наблюдению явлений поляризации с объектами из слюды и целлофана. Наибольший же интерес представляют опыты по исследованию в поляризованном свете микроскопических кристаллов. Обычно для этой цели применяются специальные поляризационные 'микроскопы, мы же используем двояковыпуклую линзу с 7—10-кратным увеличением и построим третью, наиболее совершенную модель полярископа для микроскопических объектов.

'Конструкция этого прибора очень хорошо видна на рисунке. На устойчивом основании укреплены две стойки: основная и подсобная, между которыми может вращаться вокруг горизонтальной оси (для изменения угла наклона) укрепленная в боковых подвижных держателях пластинка из зеркального стекла. Наиболее удобный размер пластинки 10X15 см. На горизонтальной плоскости основания прибора непосредственно под зеркальным стеклом положено зеркало хорошего качества. В крайнем случае можно употребить черное зеркало.

В верхней части основной стойки на подвижной площадке укрепляется вращающийся анализатор (точно такой же, как и во второй модели). Непосредственно под анализатором монтируется вторая подвижная площадка, в центре которой помещена линза (фокусное расстояние линзы 20— 25 мм, увеличение 7—10 крат). Под линзовой площадкой помещается предметный столик, высота его «ад зеркальным стеклом: регулируется только при налаживании прибора. Если исследуемый объект помещен на предметный столик, он наблюдается при проходящем свете, если же на зеркальное основание прибора, то в отраженном свете.

Закончив постройку полярископа, мы можем перейти к дальнейшим опытам: исследованию кристаллов в поляризованном свете.

В качестве исследуемых объектов необходимо приготовить препараты растворимых солей различных веществ. Приготовляются препараты следующим образом. На чистом покровном стеклышке делается валик из парафина так, чтобы образовалось подобие коробочки, дном которой служит по-кровиое стекло, а стенками — парафиновый валик. В эту «коробочку» наливается несколько капель насыщенного водного раствора исследуемого вещества. Через некоторое время вода испарится, и на стекле образуются кристаллы. Стакло с кристаллами накрывается вторым таким же стеклом, окантовывается — и препарат готов.

В качестве растворимых веществ, кристаллы которых даюг в полярископе прекрасные результаты, можно рекомендовать борную кислоту, виннокаменную кислоту, медный, железный и цинковый купорос, сахар, квасцы, двухромокислый калий, поташ, соду и другие легко кристаллизующиеся вещества.

Если представится возможность, замените анализатор из стекла поляроидной пленкой, и у вас будет замечательный прибор для дальнейших исследований в этой увлекательной области науки. Возникает вопрос, где же в науке, технике и в быту МОЖЙО использовать поляризованный свет? Применение его необычайно широко.

'Конструкторы и архитекторы, разрабатывая проекты новых машин и сооружений и рассчитывая отдельные узлы, должны знать, как распределится нагрузка в данном узле, в каких частях она будет наибольшей. С этой целью изготовляется точная модель детали из целлулоида и просматривается в поляризованном свете. Подвергая модель различным нагрузкам, мы ясно увидим на целлулоиде все узлы напряжений и легко можем определить, где нужно усилить конструкцию или, наоборот, облегчить.

Геологи, исследуя в поляризованном свете различные минералы и изделия, могут безошибочно отличить природные от искусственных, поддельные от настоящих. Фотографы, выполняя репродукции с картин в застекленных рамах, могут легко уничтожить мешающие им блики от стекла, надевая на объектив поляризационный фильтр. Водителям автомашин в ночное время очень мешают вести машину слепящие фары встречных машин. Надев поляризационные очки, водитель избавляется от этих помех.

Поляризационный бинокль помогает .капитанам кораблей вести корабль по правильному курсу, уничтожая при наблюдении мешающие световые блики на морских волнах. Поляризационные микроокопы позволяют ученым, изучая тончайшие срезы минералов (шлифы), выяснить структуру вещества. Применяя поляризованный свет в стекольной промышленности, легко проверить правильность и равномерность закалки стекла. Во многих областях науки и исксства находит применение поляризованный свет.