Sbírka fyzikálních pokusů

Polarizace dvojlomem

Pokus číslo: 1837

• Cíl pokusu

  Experiment demonstruje vznik řádné a mimořádné vlny při průchodu světla skrz krystal islandského vápence. Dále ukazuje, že tyto dvě vlny jsou polarizovány v navzájem kolmých rovinách.

• Teorie

  Při dopadu elektromagnetického vlnění na anizotropní krystal dochází k tzv. dvojlomu neboli k rozdvojení lomené vlny na vlnu řádnou, jež se řídí Snellovým zákonem, a vlnu mimořádnou, která se jím neřídí. Řádná a mimořádná vlna jsou lineárně polarizované, přičemž roviny jejich polarizace jsou na sebe kolmé.

  Nejběžnějším příkladem anizotropního krystalu, který vykazuje dvojlom, je islandský vápenec, který je čirou formou uhličitanu vápenatého CaCO₃ a tvoří relativně velké krystaly (řádově centimetry krychlové). Pokud se budeme skrz krystal islandského vápence dívat například na text napsaný na papíře, uvidíme dva navzájem posunuté obrazy, protože rychlost řádné a mimořádné vlny (a tedy i index lomu, resp. úhel lomu) jsou uvnitř krystalu různé.

  Vezmeme-li však polarizační filtr, zjistíme, že jeho natáčením můžeme zajistit „zmizení“ buď řádné, nebo mimořádné vlny a uvidíme čistý nerozdvojený text. Úplné zmizení jedné vlny přitom dělí od úplného zmizení druhé pootočení polarizačním filtrem o úhel 90° – to je důkaz, že roviny polarizace řádné a mimořádné vlny jsou na sebe kolmé.

• Pomůcky

  Islandský vápenec, filtr lineárně polarizovaného světla.

• Postup

  1. Položte krystal islandského vápence například na text napsaný na papíře a prohlédněte si obrazy vzniklé řádnou a mimořádnou vlnou.

  2. Několikrát krystalem otočte kolem jeho svislé osy a pozorujte, co se s oběma obrazy děje.

  3. Poté nechte krystal nehnutě ležet na podložce a seshora se na něj podívejte skrz polarizační filtr. Filtrem pomalu otáčejte a všímejte si změn.

• Vzorový výsledek

  Video 1 ukazuje první část experimentu, tedy otáčení krystalu islandského vápence na papíře s natištěnými tečkami. Ze záznamu je zřejmé, že jeden z obrazů každé tečky zůstává při otáčení na místě – ten přísluší řádné vlně. Obraz vzniklý díky mimořádné vlně naopak při otáčení krystalem nehybnou tečku „obíhá“.

  Video 1:

  Pokud necháme krystal nehybný a polarizačním filtrem otáčíme, je patrné, že při některých natočeních zůstane viditelná jen řádná vlna, při některých jen mimořádná; mezi těmito polohami jsou viditelné oba obrazy, a to s různým jasem. Tuto situaci ukazuje video 2.

  Poznámka: Z videa 2 je patrné, že na to, aby jeden obraz zmizel a druhý se naopak objevil, není třeba otočit filtrem o celých 90°, jak předpovídá teorie. Efekt je dost výrazný již při menším pootočení a při 90° je „pouze“ nejsilnější.

  Video 2:

• Technická poznámka

  Soustava natištěných teček se osvědčila jako vhodné pozadí pro prováděný experiment, podobně ale samozřejmě poslouží libovolný text.