ID: 00017563
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. В кармане у него были 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. Оказалось, что в одном из направлений интенсивность света, прошедшего через очки от облачного неба, сильно меняется, а в другом, перпендикулярном первому, не меняется. Помог ли грибнику этот факт сориентироваться?
Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, смысл его действий и укажите направление на Солнце.
Источник: ФИПИ
Рассеянный свет неба частично поляризован, и степень его поляризации зависит от того, под каким углом к Солнцу мы на небо смотрим. Поляроид в очках реагирует на поляризацию (пропускает разную долю света при повороте), поэтому по тому, как сильно мигает яркость при вращении очков, можно судить о направлении на Солнце — даже когда самого Солнца за облаками не видно.
Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха и каплях в облаках, становясь частично поляризованным. Степень поляризации максимальна для света, рассеянного под углом $90^\circ$ к направлению на Солнце, и практически равна нулю для света, приходящего вдоль направления на Солнце (или прямо против него).
Поляроид по-разному пропускает поляризованный свет в зависимости от своей ориентации (качественно — закон Малюса). Отсюда два случая, которые он заметил:
— направление, где при вращении интенсивность сильно меняется, — это участок неба под $90^\circ$ к Солнцу: там свет сильно поляризован, и поворот поляроида то пропускает его, то задерживает;
— перпендикулярное направление, где интенсивность не меняется, — это участок, свет от которого почти не поляризован; так бывает, когда смотришь вдоль линии «глаз–Солнце», то есть в сторону Солнца (или прямо от него).
Значит, Солнце лежит именно в том направлении, где интенсивность при вращении очков не меняется (вдоль этой линии — либо в сторону Солнца, либо ровно в противоположную; обычно Солнце выше над горизонтом, что помогает выбрать сторону). А направление сильного изменения яркости перпендикулярно направлению на Солнце. Этот факт действительно помог грибнику сориентироваться.
Ответ: да, помог. Солнце находится в том направлении, где интенсивность прошедшего через поляроид света не меняется при его вращении; перпендикулярное направление сильного изменения яркости — это направление под $90^\circ$ к Солнцу.
Да, помог. Направление, в котором интенсивность сильно меняется при вращении очков, — это направление под $90^\circ$ к Солнцу (там свет максимально поляризован). Перпендикулярное ему направление, где интенсивность не меняется, указывает на Солнце (свет оттуда почти не поляризован).