Polarizacija svjetlosti
<s>Polarizirana svjetlost je ona vrsta svjetlosti kod koje elektromagnetski valovi titraju samo u jednoj ravnini.</s><s>Ravnina je okomita na smjer širenja zračenja.</s><s>Polarizacijom svjetlosti pokazuje se valna priroda svjetlosti i to da je svjetlost transverzalni val.</s><s>U prirodi svjetlost je nepolarizirana, odnosno s istom vjerojatnošću vektori električnog polja (E) i magnetskog polja (B) zauzimaju bilo koji smjer okomit na vektor(c).</s><s>Kad se napravi lom odnosno refleksija svjetla, nastaje polarizirana svjetlost.</s>

<s>Polarizacija svjetlosti je pojava nesimetričnog titranja električnoga i magnetskoga polja koje šireći se čini svjetlost.</s><s>Nastaje međudjelovanjem svjetlosti i tvari: refleksijom, dvolomom ili raspršenjem.</s><s>Svjetlost je linearno polarizirana ako električno polje stalno titra u istoj ravnini, kružno polarizirana ako se ravnina titranja električnoga polja jednoliko vrti (u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru), djelomično polarizirana ako titranje električnoga polja nije jednakih amplituda u svim ravninama, te nepolarizirana ako električno polje jednako titra u svim ravninama okomitim na smjer širenja svjetlosti.</s>

<s>Polarizacija pomoću kristala</s>

<s>Pojave interferencije i ogiba (difrakcije) svjetlosti potvrđuju da je svjetlost valovite prirode.</s><s>Međutim, iz njih se ne dobiva odgovor da li je svjetlost longitudinalno ili transverzalno valovito gibanje.</s><s>Na to pitanje daje odgovor polarizacija svjetlosti.</s>

<s>Uzmimo dvije pločice kristala turmalina koje su brušene paralelno s glavnom kristalnom osi.</s><s>Svaka pločica za sebe propušta svjetlost kako je god postavimo.</s><s>Postavimo li obje pločice turmalina jednu prema drugoj, prozirnost će ovisiti o njihovu međusobnom položaju.</s><s>Svjetlost će najjače prolaziti kada su kristalne osi obiju pločica međusobno paralelne.</s><s>Zakretanjem jedne pločice prema drugoj prolazit će sve manje svjetlosti, a kod okomitog položaja obiju kristalnih osi ploče će biti neprozirne.</s><s>Iz toga izlazi da prva pločica mijenja svojstva zrake svjetlosti koja kroz nju prolazi tako da zraka svjetlosti ima različita svojstva u smjerovima okomitim na zraku svjetlosti.</s><s>Tu pojavu nazivamo polarizacijom svjetlosti.</s>

<s>Iz pojave polarizacije svjetlosti nužno izlazi da su valovi svjetlosti transverzalni, to jest da se titranje zbiva okomito na smjer širenja zrake svjetlosti.</s><s>Kod longitudinalnih valova, na primjer kod valova zvuka ne može u zraku biti nikakve razlike u bilo kojem smjeru, okomitom na smjer širenja zvuka.</s><s>U prirodnoj svjetlosti titraji su okomiti na smjer širenja, to jest na zraci u različitim ravninama.</s><s>Zato takvu svjetlost zovemo nepolarizirana svjetlost.</s>

<s>Turmalinsku pločicu možemo zamisliti kao neku mehaničku mrežicu koja od svih titraja propušta samo onu komponentu koja leži u izvjesnoj ravnini.</s><s>Takva se svjetlost kod koje se titranje zbiva samo u jednoj ravnini zove se polarizana svjetlost.</s><s>Naprava (u našem slučaju prva pločica), koja prirodnu svjetlost pretvara u polariziranu, zove se polarizator.</s><s>Kako je svjetlost koja je izašla iz turmalinske pločice polarizirana, to će ona proći kroz drugu pločicu samo onda ako su im kristalne osi paralelne.</s><s>Kod okomitih osi svjetlost neće moći proći, i pločice će biti neprozirne.</s><s>Kod ostalih položaja pločica, to jest kod zakreta za bilo koji kut manji od 90°, prolazit će samo jedan mali dio, to jest jedna komponenta polarizirane svjetlosti.</s><s>Druga pločica koja je isto polarizator pomoću koje možemo odrediti da li je svjetlost polarizirana ili nije zove se analizator.</s>

<s>Iz dosadašnjeg razmatranja možemo reći da je polarizacija svjetlosti titranje svjetlosti samo u jednoj ravnini koja se zove ravnina titranja.</s><s>To je linearno polarizirana svjetlost.</s><s>Ravnina položena kroz zraku okomito na ravninu titranja zove se ravnina polarizacije.</s><s>Polarizacija svjetlosti kod prolaza kroz turmalin i druge kristale tumači se rasporedom molekula u kristalu koji propuštaju titraje samo u jednoj ravnini.</s>

<s>Polarizacija svjetlosti dvolomom</s>

<s>Polarizacija svjetlosti dvolomom nastaje pri prolasku svjetlosti kroz neke anizotropne kristale (na primjer kalcit, kvarc) u kojima se, osim redovite lomljene zrake koja se podvrgava Snelliusovu zakonu loma, pojavljuje još i izvanredna zraka, koja se lomi pod drukčijim kutom.</s><s>Te su dvije zrake linearno polarizirane u međusobno okomitim smjerovima.</s>

<s>Polarizacija svjetlosti refleksijom</s>

<s>Polarizacija svjetlosti refleksijom nastaje pri upadu zrake svjetlosti na granicu optičkih sredstava, gdje svjetlost djelomično prolazi lomeći se, a djelomično se reflektira (odbija).</s><s>Reflektirani i lomljeni snopovi djelomično su polarizirani tako da su im ravnine polarizacije međusobno okomite.</s><s>Ravnina polarizacije reflektirane svjetlosti okomita je na ravninu refleksije, dok je ravnina polarizacije lomljene svjetlosti u ravnini refleksije, odnosno loma.</s><s>Ako reflektirana i lomljena zraka zatvaraju pravi kut, dolazi do potpune, linearne polarizacije.</s><s>Tada kut upadne zrake svjetlosti α zadovoljava Brewsterovo pravilo:</s>

<s>gdje su n1 i n2 indeksi loma sredstava.</s>

<s>Uzmimo da zraka svjetlosti L upada pod kutom od 57° na staklenu pločicu P, koja je sa stražnje strane premazana crnom bojom tako, da ne bi smetala prolazna svjetlost.</s><s>Ploča P je tako nagnuta, da od nje reflektrirana (odbijena) zraka M ide okomito prema gore.</s><s>Reflektirana zraka M upada una staklenu pločicu A, koja je paralelna sa pločom P, dakle pod istim kutom od 57°.</s><s>Okrećemo li staklenu ploču A oko osi OO, to jest oko reflektirane zrake M kao osi, vidjet ćemo da će se jakost (intenzitet) reflektirane zrake N od ploče A (koju puštamo da padne na jedan zaslon) mijenjati, to će biti sve manji, a kad ploču A zakrenemo za 90°, to jest kada ploča A dođe u položaj II reflektirana zraka N će nestati.</s><s>Okrećemo li ploču A dalje, opet će se pojaviti reflektirana zraka N, te će joj jakost rasti sve dotle, dok ploču A ne zakrenemo za 180°, to jest u položaj III, kada će joj jakost biti najveća.</s><s>Daljnjim zakretanjem ploče A jakost zrake N ponovno će opadati, a kod zakreta za 270°, to jest u položaju IV reflektirane zrake će nestati.</s><s>Dakle jakost reflektirane zrake N bit će najveći kad se ravnine upadanja (refleksije) na obe staklene ploče podudaraju (prvi i treći položaj).</s><s>Za svaki drugi položaj ploče A prema ploči P jakost reflektirane zrake N bit će slabiji, a u položaju, kad su ravnine refleksije na obe staklene ploče međusobno okomite, zraka N će nestati (drugi i četvrti položaj).</s><s>Ta pojava nastaje zbog polarizacije svjetlosti.</s><s>Znači da reflektirana zraka M nema ista svojstva kao zraka L. Kad bi zraka M bila longitudinalni val, jakost reflektirane zrake N ne bi ovisio o položaju ploče A. Međutim kod transverzalnog vala nije to svejedno.</s><s>Kod transverzalnog vala postoje dva karakteristična smjera titranja obzirom na ravninu upadanja (refleksije), to jest na ravninu u kojoj se nalazi upadajuća i reflektirana zraka.</s><s>Titranje u upadajućoj zraci može biti u ravnini upadanja ili okomito na tu ravninu.</s><s>Iz toga slijedi da će o smjeru titranja ovisiti, da li će zraka lakše prodrijeti u staklo ili će se reflektirati.</s><s>U položaju I i III je reflektirana zraka N totalna (potpuno) polarizirana, a njezina ravnina polarizacije je ravnina upadanja, to jest raflektirana svjetlost titra okomito na ravninu upadanja.</s>

<s>Polarizacija svjetlosti apsorpcijom 
Polarizacija svjetlosti apsorpcijom nastaje pri prolasku svjetlosti kroz tvar koja propušta svjetlost samo određene polarizacije.</s><s>U dikroitičnim dvolomnim kristalima (na primjer turmalin) jedna se zraka apsorbira, a propuštena se zraka polarizira.</s><s>Svjetlosna jakost propuštene svjetlosti jednaka je polovici svjetlosne jakosti upadne nepolarizirane svjetlosti.</s>

<s>Polarizacija svjetlosti u atmosferi</s>

<s>Polarizacija svjetlosti u atmosferi nastaje raspršenjem svjetlosti na česticama zraka.</s><s>Područje najjače polarizacije nalazi se pod kutom od 90° u odnosu na Sunce, na primjer kada je Sunce u obzoru, najjače je polarizirana nebeska svjetlost blizu obzora (horizonta).</s>

<s>Polarizacija i interferencija svjetlosti</s>

<s>Kod longitudinalnih valova, na primjer zvuka, titranja se zbivaju u smjeru širenja vala, pa su i sve ravnine koje prolaze kroz zraku vala jednake.</s><s>Godine 1717. otkrio je Isaac Newton polarizaciju svjetlosti.</s><s>Budući da je kao moguću pretpostavku uzimao samo longitudinalne valove, zanemario je cjelokupnu teoriju svjetlosti.</s><s>Newtonov je zaključak bio utoliko pogrešan što nije mislio na transverzalne valove.</s><s>Polarizacija je moguća kod transverzalnih valova gdje se titranja vrše okomito na smjer širenja.</s><s>Tu je na primjer ravnina u kojoj titra električno polje istaknuta pred drugom.</s>

<s>Nicolova prizma</s>

<s>Transverzalnost valova svjetlosti vidi se najbolje kad se polarizirani val pušta kroz osobiti val, na primjer Nicolovu prizmu.</s><s>Već prema tome kako vrtimo kristal oko njegove osi, koja se podudara sa zrakom svjetlosti, mijenja se jakost (intenzitet) svjetlosti.</s><s>Kod određene orijentacije (smjera) kristala svjetlost je najjača, a okomito na to sasvim se ugasi.</s><s>Nicolova prizma propušta električna titranja samo jednog smjera; ako komponenta električnog polja u tom smjeru iščezava, kristal je za svjetlost nepropustan.</s>

<s>Ako vektor električnog polja titra stalno u jednom pravcu, tada kažemo za val, da je linearno polariziran.</s><s>Općenitiji je slučaj ako električno polje titra u ravnini okomitoj na zraku vala.</s><s>U ravnini x, y, koja stoji okomito na smjer širenja vala, možemo općenito titranje električnog vektora sastaviti od dva linearna titranja u smjeru y i z:</s>

<s>Ey ide od - a1 do + a1, a Ez od - a2 do + a2.</s><s>Vršak vektora opisuje elipsu.</s><s>Ova elipsa se pretvara u ravnu crtu ako je α1 = α2.</s><s>Eliptično titranje sadrži, dakle, kao specijalan slučaj linearno titranje.</s>

<s>Drugi važan slučaj je kružno ili cirkularno titranje.</s><s>Ako stavimo da su amplitude u y i z smjeru jednake, a osim toga da između njih postoji fazna razlika od π/2 (90°), tada elipsa prelazi u kružnicu.</s><s>Dva su moguća kružna titranja.</s><s>Prvo:</s>

<s>i zove se lijevo kružno titranje, a drugo:</s>

<s>desno kružno titranje.</s><s>Smisao vrtnje "lijevo" i "desno" ne uzima se prema smjeru širenja vala, nego prema smjeru pogleda, dakle upravo obrnuto.</s>

<s>Već prema tome kako su pobuđeni, atomi emitiraju eliptično polariziranu, linearno polariziranu i kružno (cirkularno) polariziranu svjetlost.</s><s>Sve 3 vrste polarizacije mogu se jednostavno pokusima ustanoviti.</s><s>Ako je svjetlost kružno polarizirana, dobivamo uvijek istu jakost (intenzitet) svjetlosti, kako god vrtjeli Nicolovu prizmu.</s>

<s>Što se dešava kod linearno polarizirane svjetlosti, rečeno je prije.</s><s>Već prema tome kako vrtimo kristal oko njegove osi, koja se podudara sa zrakom svjetlosti, mijenja se jakost (intenzitet) svjetlosti.</s><s>Kod određene orijentacije kristala svjetlost je najjača, a okomito na to sasvim se ugasi.</s><s>Nicolova prizma propušta električna titranja samo jednog smjera; ako komponenta električnog polja u tom smjeru iščezava, kristal je za svjetlost nepropustan.</s>

<s>Eliptično polarizirano svjetlo prestavlja opći slučaj, koji se ne da svesti ni na jedan od prijašnjih.</s>

<s>Emisija atoma</s>

<s>Svjetlost koja dopire do nas od neke svjetiljke sastavljena je od golemog broja valova koje emitiraju pojedini atomi.</s><s>Svaki atom, poput bljeska, izrači jedan osnovni niz valova.</s><s>Svaki osnovni niz valova ima određenu valnu dužinu.</s><s>Pokusima se može ustanoviti da titranje atoma u toku emisije traje oko 10-8 sekundi.</s><s>Za to vrijeme širi se od atoma val s brzinom od 3∙108 m/s, pa prevali dužinu od 10-8 s∙3∙108 m/s. Osnovni niz valova, emitiran od atoma, dug je dakle oko 3 metra.</s><s>Taj niz valova zovemo još koherentnim, što latinski znači zglobljen, očvrsnut, to jest takav niz valova drži se sam sobom kao cjelina.</s>

<s>Valovi što ih emitiraju atomi jesu polarizirani.</s><s>Smjer polarizacije određuje električni vektor.</s><s>Uzmimo zbog jednostavnosti da je val linearno polariziran.</s><s>U relativno malim područjima možemo osnovni val prikazati ravnim valom:</s>

<s>Vektor a daje iznos amplitude i smjer linearnog titranja.</s>

<s>Jačina svetla</s>

<s>Jakost ili intenzitet svjetlosti mjerimo energijom koja u sekundi pada na 1 m2.</s><s>Poyntingov vektor iznosi:</s>

<s>Kad se dva vala spoje, rezultanta njihova polja jednaka je E1 + E2.</s><s>Prema tome je jakost složenog vala jednaka:</s>

<s>Jakost složenog vala nije dakle jednak zbroju jakosti pojedinih valova, nego tom zbroju dolazi interferentni član, proporcionalan skalarnom umnošku:</s>

<s>Ako su oba električna polja jednaka, ali su suprotnog smjera, ovaj interferentni član čini da se cjelokupna jakost poništava.</s><s>Pojava umnoška E1∙E2 svojstvena je za valna gibanja i daje svu duboku razliku prema strujama čestica (korpuskula).</s><s>Kod korpuskularnih struja ukupna jakost bila bi jednaka zbroju jakosti pojedinih zraka.</s><s>Pridoda li se jatu od 1000 čestica još 1000 čestica, to ide jato od 2000 čestica, pa je i struja dva puta jača.</s><s>Samo kod valova se može dogoditi da ukupna jakost bude manja.</s><s>Interferencija je u biti prouzrokovana time, što se kod valova zbrajaju titranja polja, a ta se mogu uzajamno pojačati i oslabiti.</s><s>Načelom interferencije objasnio je T. Young 1802. raznobojne prstenove i pruge koji nastaju prolazom svjetlosti kroz tanka stakla.</s><s>Youngovo tumačenje interferencije dalo je moćan poticaj razvoju valne teorije svjetlosti.</s>

<s>Koherentna svjetlost</s>

<s>Razmotrimo dva vala, koja titraju u istom smjeru.</s><s>Smjer širenja je na x osi, smjer električnog polja obaju valova leži na y osi.</s><s>Interferentni član je jednak:</s>

<s>Sa a1 i a2 označili smo amplitude obaju valova.</s><s>Očito je da naše oko, kao i naši makroskopski optički aparati, mogu motriti samo prosječnu vrijednost interferentnog člana u razmjerno dugom vremenu.</s><s>No odmah vidimo, da će ova prosječna vrijednost biti samo onda različita od nule, ako oba vala imaju potpuno jednaku valnu dužinu.</s><s>Takve dvije zrake svjetlosti, koje su sposobne da interferiraju, zovu se koherentne.</s>

<s>Koherentnu svjetlost možemo u pokusu dobiti tako, da svjetlost, koja dolazi od nekog izvora na umjetan način razdijelimo u dva snopa, pa zatim takva dva snopa među sobom ponovo spojimo.</s><s>Taj osnovni niz valova od nekog atoma interferira sa samim sobom.</s><s>Uzme li s druge strane svjetlost od dva različita izvora, tad se neće opaziti interferencija.</s><s>U tom slučaju nikad se ne mogu dobiti dva vala koja jednako titraju.</s><s>Već sićušna razlika u valnoj dužini dosta je da prosječna vrijednost interferentnog člana iščezne.</s><s>Najjednostavniji način kako da se proizvede koherentna svjetlost i interferentne pojave prestavljaju slavni Fresnelovi pokusi iz 1822. kojima je on srušio korpuskularnu teoriju svjetlosti i pribavio pobjedu valnoj teoriji svjetlosti.</s>

<s>Fresnelov pokus nije, naravno, prikladan za točno mjerenje valnih dužina svjetlosti.</s><s>Umjesto debelih pruga trebale bi se dobiti oštre linije.</s><s>To se postiže na taj način da se najprije snop svjetlosti razdijeli na velik broj snopova, pa zatim da se ti snopovi ponovo sastave.</s><s>Mjesta oštrih interferentnih crta dana su uvjetom da tamo dolaze sve zrake s razlikom od cijelog broja valnih dužina.</s><s>To se postiže s planparalelnim staklenim pločama.</s><s>Paralelne zrake koje izlaze iz staklene ploče skupe se u jedan snop pomoću optičke leće.</s><s>Razlika puta između raznih zraka može se odmah izračunati.</s><s>Ako ta razlika oznosi cijeli broj valnih dužina, leća baca oštru crtu.</s><s>Točnost ovakvih mjerenja dostiže 0,001 AJ.</s>

<s>Izvori</s>

<s>Vidi još 
 Svetlost</s>

<s>Optika
Svetlost</s>

