Polarisation

Polarisation handlar om i vilken riktning en transversell våg svänger. Ljus från solen eller en glödlampa är opolariserat: det är en blandning av vågor som svänger i alla tänkbara riktningar vinkelrätt mot utbredningsriktningen, ungefär som ett rep som samtidigt skakas upp och ner, i sidled och på diagonalen. Polariserat ljus är i stället ljus där alla vågorna svänger i en och samma riktning, som ett rep som bara skakas upp och ner.

Ett polarisationsfilter släpper bara igenom ljus som svänger i en bestämd riktning och blockerar resten. Håller du två filter efter varandra med samma riktning passerar nästan allt ljus som kommit igenom det första filtret också genom det andra. Vrider du det andra filtret 90 grader i förhållande till det första blockeras i stället nästan allt ljus, eftersom inget av det som kommer ut ur det första filtret svänger i den riktning det andra filtret tillåter. Vid vinklar mellan 0 och 90 grader släpps en del av ljuset igenom, gradvis mindre ju närmare 90 grader du kommer.

Polariserade solglasögon utnyttjar att ljus som reflekteras snett mot en blank vattenyta blir till stor del polariserat i en bestämd riktning, i stort sett horisontellt. Genom att vända filtret i glasögonen så att det blockerar just den riktningen försvinner mycket av bländningen, samtidigt som annat ljus, som är mer blandat, fortfarande kommer igenom. Det är därför du kan se ner genom en vattenyta med polariserade glasögon på ett sätt som är svårt utan dem.

I en 3D-biosalong visas två bilder, en för varje öga, med olika polarisation. Varje lins i 3D-glasögonen har ett filter som bara släpper igenom den bild som hör till just det ögat, så hjärnan får två olika perspektiv och tolkar dem som djup. LCD-skärmar använder polarisationsfilter på liknande sätt, tillsammans med flytande kristaller som kan vrida ljusets polarisationsriktning, för att styra hur mycket ljus som når fram genom varje liten bildpunkt. Att ljus kan polariseras på detta sätt är samtidigt ett bevis för att det är en transversell våg: ljud i luft, som är en longitudinell våg, saknar helt den tvärriktning som skulle behövas för att kunna polariseras.

Det här lär du dig

Förklara vad polarisation är och hur den skiljer sig från opolariserat ljus
Beskriva hur ett polarisationsfilter påverkar ljus beroende på riktningen
Förklara varför polariserade solglasögon minskar bländning från vatten och andra blanka ytor
Ge exempel på hur polarisation används i 3D-bio och LCD-skärmar
Förklara varför bara transversella vågor, inte ljud i luft, kan polariseras

Begrepp att kunna

polarisation: Att en transversell vågs svängning är begränsad till en bestämd riktning vinkelrätt mot utbredningsriktningen. För ljus är det det elektriska fältets riktning som avses.
opolariserat ljus: Ljus som är en blandning av vågor som svänger i alla tänkbara riktningar vinkelrätt mot utbredningen, till exempel vanligt solljus.
polariserat ljus: Ljus där alla vågor svänger i en och samma riktning, antingen naturligt, till exempel vid reflektion, eller framställt med ett polarisationsfilter.
polarisationsfilter: Ett material som bara släpper igenom ljus som svänger i en bestämd riktning och blockerar övriga riktningar.
Malus lag: Sambandet som beskriver hur stor del av det polariserade ljuset från ett första filter som släpps igenom ett andra: andelen är cos² θ, där θ är vinkeln mellan filtrens riktningar. Vid 0 grader passerar allt, vid 90 grader ingenting.

Vanliga svårigheter

Tror att ett polarisationsfilter bara gör ljuset svagare rakt av

Ett polarisationsfilter väljer ut en bestämd svängningsriktning i stället för att bara dämpa allt ljus lika mycket. Det är skillnaden mot vanliga mörka glasögon: ett polarisationsfilter kan ta bort nästan all bländning från en bestämd reflektion och ändå släppa igenom mycket av annat, mer blandat ljus.

Tror att alla typer av vågor kan polariseras

Bara transversella vågor kan polariseras, eftersom de svänger vinkelrätt mot utbredningsriktningen och därmed har flera möjliga svängningsriktningar att välja mellan. Ljud i luft är en longitudinell våg som svänger i samma riktning som den färdas, så det finns ingen tvärriktning att begränsa, och sådant ljud kan därför aldrig polariseras.

Tror att två korsade polarisationsfilter alltid blockerar allt ljus helt

Två filter vinklade exakt 90 grader mot varandra blockerar nästan allt ljus, men i praktiken släpper verkliga filter alltid igenom en liten rest. Vid andra vinklar än 0 och 90 grader släpps dessutom en del av ljuset igenom, inte bara vid dessa två ytterlägen.

I verkligheten

Polariserade solglasögon vid en sjö eller strand

Ljus som reflekteras snett mot vattenytan blir till stor del polariserat i en bestämd riktning. Glasögonens filter är vänt för att blockera just den riktningen, så bländningen från vattenytan minskar kraftigt medan du fortfarande ser ner genom vattnet.

En 3D-film där du bär särskilda glasögon

Duken visar två bilder med olika polarisation, en för varje öga. Varje lins i glasögonen släpper bara igenom den bild som är avsedd för just det ögat, så hjärnan sätter ihop de två bilderna till ett intryck av djup.

Tips

Ta med dig ett par polariserade solglasögon och titta genom dem på en vattenyta eller en bilruta medan du vrider på huvudet. Lägg märke till hur bländningen försvinner olika mycket beroende på vinkeln, det visar att reflektionen är polariserad i en bestämd riktning.
Håll två polarisationsfilter, till exempel två par polariserade solglasögon, framför varandra mot en ljuskälla och vrid det ena sakta. Koppla det du ser till riktningarna: parallellt ger mest ljus, vinkelrätt ger minst.
När du läser om polarisation, rita alltid riktningen på varje filter som ett litet streck. Det gör det lätt att se om två filter är parallella, vinkelräta eller något däremellan, utan att behöva räkna på det.

Testa dig själv

1. Du håller två polarisationsfilter efter varandra framför en lampa och roterar det bakre filtret långsamt ett helt varv. Beskriv vad som händer med ljuset och varför.

Ljuset är som ljusast när filtrens riktningar är parallella och mörkast när de är vinkelräta mot varandra, det vill säga vridna 90 grader i förhållande till varandra. Under ett helt varv blir det alltså ljust två gånger och mörkt två gånger. Mellan dessa lägen minskar eller ökar mängden ljus som kommer igenom gradvis, eftersom bara den del av ljuset som svänger i den riktning det bakre filtret tillåter kan passera.

2. Varför kan polariserade solglasögon minska bländningen från en vattenyta utan att göra hela omgivningen lika mörk?

Ljuset som reflekteras mot vattnet svänger till stor del i en bestämd riktning, medan annat ljus i omgivningen är mer blandat och svänger i många riktningar. Glasögonens filter är vänt för att just blockera den riktning som den starka vattenreflektionen har, medan en del av det mer blandade ljuset från resten av omgivningen fortfarande kommer igenom.

3. Varför kan ljud i luft, till skillnad från ljus, aldrig polariseras med ett filter?

Ljud i luft är en longitudinell våg där luften svänger fram och tillbaka i samma riktning som ljudet färdas, så det finns bara en möjlig svängningsriktning att tala om. Polarisation kräver att vågen kan svänga i olika riktningar vinkelrätt mot utbredningen, vilket bara gäller transversella vågor som ljus.

Ur kursplanen

Fysik nivå 2 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Våg- och partikelbeskrivning av elektromagnetisk strålning och materia. Fotoelektrisk effekt, fotonbegreppet och våg-partikeldualism.
Fysik – fördjupning · Krafter, rörelse, energi och elektromagnetism
Krafter, rörelse, energi och elektromagnetism, till exempel rörelse med luft- och vätskemotstånd, stötar i två dimensioner, rotationsrörelse, dämpad svängningsrörelse, växelströmskretsar, akustik, elektromagnetiska vågor och speciella relativitetsteorin.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Bygger på

Interferens och överlagring

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: