Оптика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00017562

Идея

Даже сквозь облака небо светит рассеянным солнечным светом, и этот свет частично поляризован. Поляроид (как в очках) пропускает свет в зависимости от его поляризации, поэтому он работает как «детектор» направления, в котором рассеянный свет поляризован, — а это направление жёстко связано с положением Солнца.

Почему свет неба поляризован

Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха и капельках в облаках. При рассеянии свет становится частично поляризованным, причём степень поляризации зависит от угла рассеяния: она максимальна для света, рассеянного под углом $90^\circ$ к направлению на Солнце, и почти отсутствует для света, идущего со стороны самого Солнца (или прямо против него). То есть на небе есть целая полоса (под прямым углом к Солнцу), где свет поляризован особенно сильно.

Что даёт вращение поляроида

Поляроид пропускает разную долю света в зависимости от того, как его ось ориентирована относительно плоскости поляризации (качественно — закон Малюса: чем сильнее свет поляризован, тем заметнее меняется его яркость при повороте поляроида). Поэтому:

— если грибник смотрит на участок неба под $90^\circ$ к Солнцу, свет там сильно поляризован, и при вращении очков яркость заметно то растёт, то падает;

— если он смотрит в сторону Солнца, свет почти не поляризован, и яркость при вращении меняется слабо.

Как он находит Солнце

Грибник поворачивает очки и осматривает небо, ища направление, где при вращении яркость меняется сильнее всего. Найдя такую полосу, он знает: она расположена под прямым углом к Солнцу. Значит, само Солнце находится в перпендикулярном к этой полосе направлении. Так, даже не видя Солнца сквозь облака, он определяет, где оно, а по нему — стороны света.

Ответ: грибник использует поляризацию рассеянного света неба (максимум поляризации — на $90^\circ$ от Солнца). Полоса максимального изменения яркости при вращении поляроида перпендикулярна направлению на Солнце, что и позволяет это направление найти.