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.

    Zobrazení mechanického napětí v úhloměru pomocí fotoelasticimetrie
    Zobrazení mechanického napětí v plastových lžičkách pomocí fotoelasticimetrie
  • 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.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Multimediální encyklopedie fyziky
Původní zdroj: Machalická, J. (2015). Experimenty z optiky pro střední školu.
(Bakalářská práce). Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha.
×Původní zdroj: Machalická, J. (2015). Experimenty z optiky pro střední školu. (Bakalářská práce). Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha.