Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 5 – vyšlo 4. února, ročník 9 (2011)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Tajomstvo neviditeľna

Vladimír Scholtz

Túžba po neviditeľnosti je pravdepodobne stará ako ľudstvo samo, komu by sa nepáčilo byť pri love mamutov alebo v cestovných prostriedkoch MHD neviditeľný? Nápadov a výmyslov ako získať neviditeľnosť je obrovské množstvo a sú častým námetom rozprávok alebo vedecko-fantastických románov, napríklad rovnomenný román Julesa Verna. Doterajšie experimenty riešili neviditeľnosť iba pre úzke pásmo vlnových dĺžok a s pomocou metamateriálovMetamateriál – umělá struktura, která se v přírodě nevyskytuje a vykazuje atypické elektrické, magnetické a akustické vlastnosti, například permitivitu, permeabilitu, index lomu, akustickou propustnost a další. Vlastnosti metamateriálů bývají zpravidla silně závislé na frekvenci, takže výhodné vlastnosti pro určité technologie existují jen v úzkém pásmu frekvencí. (podrobnejšie AB 29/2010, 20/2009, 13/2007), tentokrát však ide veľmi zaujímavý experiment iného typu, podľa ktorého môžete nechať za špeciálnych podmienok zmiznúť ľubovoľný predmet [1].

Polarizace světla – jde o vlastnost, pomocí níž popisujeme určitou chaotičnost světla. Elektromagnetické záření je příčným vlněním, které lze ve vakuu popsat kmity vektorů E a B kolmých na sebe a na směr šíření vlny. U nepolarizované vlny opisují koncové body obou vektorů chaotické křivky. U polarizovaného světla je naproti tomu průmět obou vektorů do roviny kolmé na směr šíření vlny přesně definován. Podle tohoto průmětu pak rozlišujeme polarizaci rovinnou, kruhovou, a eliptickou. Polarizaci posuzujeme dohodou podle roviny kmitů elektrického vektoru. Při kruhové polarizaci opisuje konec elektrického vektoru v prostoru kružnici. Příkladem polarizovaného záření je například záření odražené od rovinného zrcadla.

Kalcit – krystalická forma uhličitanu vápenatého CaCO₃ (vápenec), krystalizuje v trojklonné soustavě a v čisté formě je bezbarvý a průhledný. Jeho základní vlastností je dvojlom světla, při dopadu světelného paprsku na kalcit se uvnitř krystalu nešíří jeden lomený paprsek, ale dva – řádný a mimořádný. Tyto dva paprsky jsou polarizované v navzájem kolmých rovinách a šíří se pod různými úhly.

Nejde o žiaden prevratný fyzikálny objav, iba o elegantnú aplikáciu známych faktov z geometrickej optiky, konkrétne dvojlom kalcituKalcit – krystalická forma uhličitanu vápenatého CaCO₃ (vápenec), krystalizuje v trojklonné soustavě a v čisté formě je bezbarvý a průhledný. Jeho základní vlastností je dvojlom světla, při dopadu světelného paprsku na kalcit se uvnitř krystalu nešíří jeden lomený paprsek, ale dva – řádný a mimořádný. Tyto dva paprsky jsou polarizované v navzájem kolmých rovinách a šíří se pod různými úhly. (obrázok 1). V tomto experimente bude objekt, ktorý má zmiznúť, predstavovať kovový klin alebo akýkoľvek iný, menší predmet. Tento predmet sa postaví na zrkadlo a prekryje sa „magickým“ kalcitovým kryštálom. Ten sa skladá z dvoch častí s navzájom opačnou orientáciou kryštálov a pri osvetlení viditeľným polarizovaným svetlom sa pri pohľade z vhodného uhlu zakrytý predmet stráca, celý systém sa teda správa ako keby na zrkadle nebolo nič.

Obr. 1.: Dvojlom na kalcite. (prevzaté z [2]).

Obr. 2.: Princíp neviditeľna (prevzaté z [1]).

Princíp je znázornený na obrázku 2:

Zrkadlo bez predmetu, lúč sa odráža pod rovnakým uhlom ako dopadá. Oko vyhodnotí túto situáciu ako keby lúč prichádzal zpoza zrkadla pod uhlom theta.
Pokiaľ na povrch zrkadla položíme predmet, bude sa svetlo od neho odrážať a obraz, ktorý sa vytvorí v oku, bude iný. Budeme vidieť položený predmet alebo, pokiaľ je predmet lesklý, bude sa nám zdať, že lúč prichádza pod väčším uhlom ako v prípade a).
Pokiaľ prekryjeme predmet na zrkadle iným zrkadlom, bude pozorovaný lúč prichádzať z rovnakého uhlu ako v prípade a), ale bude horizontálne posunutý.
Pokiaľ však predmet prekryjeme „magickým“ kalcitom, dôjde pri prieniku lúča do kalcitu k lomu a uhol, pod ktorým sa lúč šíri bude menší. Pri odraze lúča od spodnej strany kalcitu sa lúč odrazí a ďalej bude pokračovať pod rovnakým uhlom ako v prípade a), bude však posunutý ako v prípade c). Pri prechode lúča z ľavej polovice kalcitového kryštálu do pravej sa lúč z dôvodu opačnej orientácie kryštálov opäť zlomí (zmení sa z riadneho na mimoriadny alebo naopak) a pri výstupe z kryštálu sa opäť zlomí do pôvodného uhlu. Vďaka prechodu cez pravú polovicu kalcitu opustí kryštál nielen po správnym uhlom, ale aj v správnom bode a jeho ďalšia dráha bude zhodná s dráhou v prípade a).

Obr. 3. Schéma experimentálneho usporiadania (a). Na obrázku b) je CCD záznam bez kalcitu.
Prítomnosť klinu spôsobí, že časť masky je zakrytá. Na obrázku c) je záznam CCD kamery s kalcitom.
Vidíme celú masku, akoby klin nebol prítomný (prevzaté z [1]).

Klip týdne: Dvojlom

Dvojlom. Některé krystaly se při šíření světla chovají anizotropně, tj. v různých směrech se světlo šíří různým způsobem. Je to způsobeno tím, že v krystalu existují tři optické osy, ve kterých má krystal různé indexy lomu, zpravidla jsou dva z nich shodné a jeden se liší. Nejznámějším případem je kalcit (islandský vápenec), který má indexy lomu 1,658 a 1,486. Paprsek se v krystalu rozdělí na dva lineárně polarizované paprsky s navzájem kolmými rovinami polarizace. Krystalem se tedy šíří dvě vlny, tzv. řádná a mimořádná. Obraz objektu, který leží pod krystalem je proto zdvojený. V klipu jde o malou červenou tečku. Pokud máme k dispozici polarizační filtr, uvidíme při jeho otáčení v určité poloze jen jeden z obou obrazů a v poloze kolmé druhý z nich. Zdroj: Jeff Regester, Youtube, 2011. (1 MB, mp4)

Odkazy