Представьте себе, что луч света — веревка, привязанная к стене. Ухватитесь за ее свободный конец и резко взмахните рукой вниз. По веревке пробежит волна в вертикальном направлении. Теперь рваните веревку справа налево. Она изовьется, как ползущая змея. Опять по веревке пробежит волна, подобная первой, но как бы положенная набок, в горизонтальной плоскости.
Электромагнитные колебания, которые дают глазу ощущение света, похожи на волны, пробегающие по нашей веревке. Только колебания в луче происходят не в одних — горизонтальном или вертикальном — направлениях, но и во всех промежуточных.
А теперь пропустим луч — веревку между двумя вбитыми в землю кольями. Вертикальную волну колья свободно пропускают. Но вот мы рванули веревку справа налево. Горизонтальная волна добежала по веревке до кольев, ударилась о них и… погасла. За кольями веревка остается спокойной, как будто мы ее и не дергали. Два кола — пример поляризатора: они пропускают только вертикальные волны и задерживают гасят все остальные.
Растянутая пластмасса
Итак, луч света называется поляризованным, если волновые колебания в нем совершаются в одной плоскости.
Но как этого добиться?
Берется эластичная пленка из особой пластмассы и растягивается в определенном направлении. Этим самым полимерные волокна в ней получают ориентацию. Затем пленка подвергается действию водного раствора йода — йодированию. Йод вступает во взаимодействие с пластмассой пленки, соединяется с ней. На поверхности пленки получается новое вещество с новыми свойствами — молекулы его ориентированы.
Новое вещество обладает замечательным свойством: оно пропускает только такой свет, такое направление колебаний, которое параллельно направлению вытяжки волокон. Все остальные колебания гасятся. Заклеив пленку между двумя стеклами, мы и получим прибор для поляризации — поляроид.
Поляроид как бы раскалывает луч надвое. Если мы «скрестим» два таких поляроида, то есть сделаем так, чтобы волокна их пленок были взаимно перпендикулярны, свет через такие поляроиды не пройдет вовсе. Ведь в свете, прошедшем через первый поляроид, колебания совершаются в плоскости, перпендикулярной направлению волокон в пленке второго поляроида. И именно таким колебаниям проход через нее «запрещен». Этот эффект затемнения можно использовать, чтобы обеспечить безопасность движения машин ночью. Если на фарах машин установить поляроиды в одном направлении, а вместо стекол кабин водителей — поляроиды в направлении перпендикулярном, водители не увидят света фар встречных машин. Скольких аварий можно избежать!
На что же еще способен свет, поляризованный растянутой пластмассой?
«Зайчик» исчезает
Оказывается, свет поляризуется не только при прохождении через поляроид, но и при отражении от зеркальной поверхности. При этом направление поляризации перпендикулярно направлению падения световой волны.
Я смотрю на стекло, лежащее на соседнем столе. Свет, падающий из окна и отраженный от стекла, слепит мне глаза. Тогда я надеваю поляроидные очки. Блики пропадают. Почему? Оказывается, поляроиды в моих очках повернуты так, что поляризованный свет «зайчика» не может пройти сквозь них. Отраженный от стекла луч поляризован в одной плоскости, а волокна в пленке поляроида вытянуты в направлении перпендикулярном.
В поляроидных очках мы можем безболезненно смотреть на умытый дождем асфальт, на сверкающие стекла витрин, на залитое солнцем море. Бликов мы не увидим. Они погаснут. А поместив поляроид перед объективом фото- или киноаппарата, мы спокойно снимаем эти сверкающие объекты. На пленке получится четкое и точное изображение, как будто световых помех не было и в помине.
Так с помощью поляризованного света человек научился бороться с красивыми, но мешающими наблюдению солнечными бликами и «зайчиками».
Это только малая и, пожалуй, менее важная область, в которой работает поляроид.
«Очки» инженера
Поляроиды попадают в руки инженера-металлурга. Зачем ему эти стеклышки? Инженер улыбается:
— Они помогают мне изучать внутренние направления в металле.
— ?
— Да, да. Я делаю модель моей конструкции из стекла и ставлю на нее тяжелый груз. В стекле, точно так же как и в металле, возникают напряжения. В одном месте давление чрезвычайно высоко, и там как бы происходит сжатие материала. В другом месте — наоборот. Увидеть сложную картину направлений мне помогают поляроиды. Я вижу все собственными глазами.