Fotoelasticimetrie

Princip fotoelasticimetrie

Metoda fotoelasticimetrie se využívá k zobrazení polarizovaného světla. To je světlo, zkusíme-li to vysvětlit jednoduše, jehož vektor elektrické intenzity kmitá v jedné rovině. Pak hovoříme o lineární polarizaci, zatímco v nepolarizovaném světle má tento vektor libovolný směr kmitání (viz obrázek).

Prakticky stačí, aby nepolarizované světlo prošlo polarizačním filtrem, a stává se polarizovaným. Více se o vlastnostech světla a polarizaci dozvíte v kapitole 24.

S polarizovaným světlem se setkáváme v mnoha běžných situacích. Například monitor počítače nebo displej mobilního telefonu, na kterém čtete tento text, je zdrojem polarizovaného světla. a proto ho můžeme využít k následujícím experimentům.

Některé průhledné plasty se stávají při mechanickém zatížení dvojlomnými. To znamená, že světlo procházející tímto prostředím se rozdělí na dva paprsky, každý z nich se šíří jinou rychlostí. Na výstupu z prostředí se tyto paprsky opět složí a vzhledem k jejich posunu vznikají zajímavé barevné obrazce (interference světla), které ukazují, jaké je skutečné rozložení mechanického napětí v daném prostředí (viz obrázek).

Velká koncentrace barev ukazuje na místa s vyšším mechanickým napětím.

Experiment

Studujte rozložení napětí v deformovaném předmětu a zobrazte ho pomocí fotoelasticimetrie.

Vybavení: monitor počítače, polarizační filtr, lepicí páska (izolepa), průhledné plastové předměty, dva polarizační filtry větších rozměrů (pro demonstraci).

Postup:

1. Sestavte si jednoduchý polariskop – přístroj ke zkoumání mechanického napětí. Jako zdroj polarizovaného světla (polarizátor) postačí monitor počítače, na kterém nastavíte bílou plochu. Jako polarizační filtr (analyzátor) pak použijte fotografický polarizační filtr, brýle z 3D kina nebo polarizační sluneční brýle. Brýlemi před plochou počítače otáčejte tak dlouho, až obrazovka ztmavne. Mezi monitor a polarizátor umístěte průhledné předměty (plastové krabičky, pravítka, plastová skla vašich brýlí, …)

2. Zkuste tyto předměty mechanicky namáhat, zatížit. Jaké změny pozorujete?

3. Vezměte polyethylenovou folii (obal na sešity) a nastříhejte z ní několik pásků 4 cm × 15 cm.

   1. Zkuste pásek při pozorování přetrhnout. Popište své pozorování.
   2. Změnila se nějak síla, kterou jste pásek trhali, když už se v pásku objevila trhlina?
   3. Nastřihněte pásek podle následujícího nákresu. Levé nástřihy poté „opravte“ hladkým vystřižením celé oblasti.

4. Opět vzorek za současného pozorování v polariskopu mechanicky namáhejte. Pokuste se ho přetrhnout. Co pozorujete?

5. S polarizovaným světlem a opticky aktivními materiály (izolepa) můžete i tvořit zajímavé umění. Jenom bude vidět až v polarizovaném světle a divákovi neznalému fyziky zůstane skryto. Při své tvorbě se inspirujte následující galerií (odkaz na druhou galerii).

Mechanické napětí v natahovaném polyethylenu

Umění v polarizovaném světle