ID: 00017562
Грибник ушёл от дороги далеко в лес и заблудился. Компаса у него не было, погода была облачная, солнца не видно, а без ориентации по сторонам света найти дорогу к своему автомобилю было невозможно. Тут он вспомнил, что в кармане у него есть противобликовые автомобильные очки, покрытые поляроидной плёнкой. Он вышел на поляну, достал очки и стал их поворачивать вокруг оптической оси очковых стёкол, глядя сквозь них на небо в разных направлениях. Через небольшое время он смог определить направление на солнце.
Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, смысл его действий при таком способе ориентирования.
Источник: ФИПИ
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.
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.
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.
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.
Свет неба частично поляризован из-за рассеяния; сильнее всего он поляризован в направлениях, отстоящих от Солнца на $90^\circ$. Поворачивая поляроид, грибник ищет участок неба, где яркость при вращении меняется сильнее всего: этот участок виден под прямым углом к Солнцу, значит Солнце находится в перпендикулярном направлении.