Sbírka fyzikálních pokusů

Fotoelasticimetrie

Pokus číslo: 1659

• Cíl pokusu

  Tento pokus ukazuje praktické využití polarizovaného světla.

• Teorie

  Světlo je příčné elektromagnetické vlnění, které je popsáno vektorem intenzity $\vec E$ elektrického pole. Ten je vždy kolmý na směr, kterým se vlnění šíří. Pokud se směr vektoru $\vec E$ v rovině kolmé k paprsku světla nahodile mění, označujeme toto světlo jako nepolarizované. Takové světlo můžeme různými způsoby přeměnit na světlo lineárně polarizované, kdy vektor $\vec E$ kmitá stále na jedné přímce.

  Polarizované světlo můžeme získat odrazem a lomem, dvojlomem či absorpcí pomocí polarizačního filtru. Tyto filtry, též zvané polaroidy, jsou zhotoveny ze dvou vrstev plastického materiálu, mezi nimiž je látka s poměrně dlouhými molekulami. Při výrobě polaroidu jsou molekuly technologickým postupem srovnány do takové struktury, že jsou podélné osy molekul rovnoběžné. Při dopadu nepolarizovaného světelného paprsku na rozhraní se v důsledku anizotropie prostředí paprsek rozštěpí na řádný a mimořádný paprsek. Tyto dva paprsky se šíří obecně různými směry, různou rychlostí a každý z nich je lineárně polarizovaný. Při průchodu světla polaroidem se řádný paprsek pohlcuje a ven z materiálu vychází pouze paprsek mimořádný, který je zcela polarizovaný. Světlo se při průchodu polaroidem zeslabuje. Krom toho, že pomocí polaroidu můžeme světlo polarizovat, ho můžeme použít i k rozlišení polarizovaného světla.

  Fotoelasticimetrie je experimentální metoda, která zkoumá rozložení mechanického napětí v materiálu. Metoda využívá umělé anizotropie vyvolané mechanickou deformací materiálu, který se prosvětluje polarizovaným světlem. Pohledem přes polarizační filtr lze pozorovat charakteristické obrazce z interferenčních proužků, které poskytují informaci o rozložení mechanického napětí. Čím hustěji jsou proužky seskupeny, tím je mechanické napětí v tomto místě větší.

• Pomůcky

  Dva kusy polarizační fólie, pravítko či jiná pomůcka z průhledného plastu.

• Postup a vzorový výsledek

  1. Mezi dva kusy polarizační fólie umístíme pravítko.

  2. Sledujeme barevný obrazec (viz fotografie níže).

  3. Toto můžeme provést s různými pomůckami a porovnávat v nich rozložení mechanického napětí.

  4. Napětí v pomůckách můžeme deformacemi měnit a pozorovat, jak se mění obrazec.

  

  

• Technické poznámky

  • Pokus je nutné dělat v dobře osvětlené místnosti, nejlépe pozorovat přímo proti světlu.

  • Místo polarizační fólie je možné použít například skla z polarizačních brýlí.

• Metodické poznámky

  • Polarizační fólii můžeme použít k ukázání toho, že odražené světlo (např. od vodní hladiny) je částečně polarizované.

  • Stejně tak lze ukázat polarizaci světla vyzařovaného displeji typu LCD.

  • O polarizaci, jejím využití a různých demonstračních úlohách si můžeme přečíst na webu věnovanému tomuto tématu.