קיטוב

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

קיטוב בפיזיקה, ובמיוחד באופטיקה, הוא תכונה של גלי רוחב בתווך תלת ממדי. למשל, במקרה של יצירת גל רוחב במיתר מתוח, קיטוב הגל הוא צורת התנועות הרוחביות של נקודה הנמצאת על המיתר. התופעה היומיומית הנפוצה ביותר של קיטוב היא זו של האור, שהוא גל אלקטרומגנטי תלת ממדי. לעין האנושית רגישות נמוכה ביותר לתכונה זו, ולכן תכונה זו אינה אינטואיטיבית והתגלתה רק במאה ה-17. הקיטוב הוא תכונה של גלים רוחביים בלבד, ולא ניתן לייחס קיטוב (או חוסר קיטוב) לגלים אורכיים, כגלי קול, למשל.

גל הוא שינוי מחזורי בזמן ובמרחב של תכונה פיזיקלית כלשהי. למשל, גל אלקטרומגנטי הוא שינוי מחזורי של השדה החשמלי ושל השדה המגנטי. כאשר בכל שלב וקטור השדה החשמלי ניצב לווקטור השדה המגנטי, ושניהם ניצבים לכיוון ההתקדמות של הגל (כלומר קרינה אלקטרומגנטית היא גל רוחבי).

כאשר נתבונן בנקודה מסוימת לאורך מסלולו של גל אלקטרומגנטי מקוטב נראה שבנקודה זו וקטור השדה החשמלי משנה את גודלו וכיוונו עם הזמן, באופן מחזורי. אפשר לשרטט את המסלול שמתווה קצה הווקטור. במקרה הכללי ביותר עבור קרינה מקוטבת המסלול הוא אליפסה כלשהי, ואז אומרים כי הקרינה בעלת קיטוב אליפטי. ישנם שני מקרים פרטיים מיוחדים: אם המסלול הזה הוא קו, נאמר שהקרינה מקוטבת בצורה קווית, או לינארית. אם זהו מעגל נאמר שהקרינה מקוטבת בצורה מעגלית. ייתכן גם מצב שבו המסלול איננו מחזורי, אלא הוא אקראי. למשל כאשר מתבוננים באור הנפלט ממנורת להט, השדה החשמלי הנוצר הוא חיבור של גלים רבים שאינם מתואמים במשרעת או במופע. במקרה זה נאמר שהאור אינו מקוטב.

חשוב להבין שאין קשר בין צורת הקיטוב של גל אלקטרומגנטי למסלולו. כאשר רואים איור של אור מקוטב מעגלית - אין הכוונה לכך שהאור נע בצורה ספירלית במרחב, הכוונה היא רק לצורת הסיבוב של וקטור השדה החשמלי לאורך מסלול התנועה של האור (שהוא לרוב קו ישר).

קיטוב קווי (לינארי)

קיטוב מעגלי

קיטוב אליפטי

[עריכה] ניתוח מתמטי

תיאור זה ניתן להבין טוב יותר בבחינת הביטוי המתמטי המתאר גל מישורי:

ביטוי זה נכון לגל שמתקדם בכיוון ציר . כאן הוא וקטור השדה החשמלי בזמן ב-(,,), נקודה כלשהי במרחב, ו- ו- הם מספר הגל ותדירותו, בהתאמה. וקטור זה הוא תאור פרמטרי של עקומה במישור xy. בהתאם לערכים שונים של עקומה זו יכולה להיות קו, מעגל או - במקרה הכללי - אליפסה.

[עריכה] קיטוב בטבע

בטבע ניתן למצוא דוגמאות הן לאור מקוטב והן לאור לא מקוטב. אור השמיים, למשל, הוא דוגמה לשני המקרים, שכן אור זה הוא מקוטב כשצופים בשמיים בכיוון מרוחק ביותר מכיוון השמש, אך הוא אינו מקוטב כשמסתכלים בזוויות הקרובות לשמש. כדי "לראות" את הקיטוב של האור צריך בדרך כלל להשתמש במקטב, אם כי לאחר אימון מתאים יש אנשים שמסוגלים, בנסיבות מסוימות, להבחין בקיטוב בצורה של גוונים עדינים מאוד של כחול וצהוב במרכז שדה הראייה. תופעה זו נקראת המברשת של היידינגר.

[עריכה] מקטבים וחוק מאלוס

מקטב הוא רכיב אופטי ההופך אור למקוטב לינארית. ישנן מספר דרכים לייצר מקטבים, הנפוצה ביותר נקראת מקטב פולארויד. מקטב זה עשוי מפיסת פלסטיק המעבירה אור רק בקיטוב שכיוונו ניצב לכיוון שרשראות הפולימרים בפלסטיק. שיטה אחרת לקיטוב האור היא באמצעות החזרה מחומר מבודד בזווית ברוסטר אשר חוסמת לחלוטין את כיוון הקיטוב המקביל למישור הפגיעה. כמו כן ניתן לקטב אור באמצעות פיזור (למשל אור השמיים) ובאמצעות התקנים המבוססים על גבישי שבירה כפולה.

כאשר אור עובר דרך מקטב, האור הופך להיות מקוטב בכיוון הנקבע על פי המקטב. כאשר האור הפוגע במקטב אידאלי הוא מקוטב לינארית מלכתחילה, עצמת האור נקבעת על פי הזווית בין כיוון הקיטוב של האור הנכנס ובין כיוון המקטב, על פי חוק מאלוס:

כאשר I₀ הוא עצמת האור ההתחלתית ו-θ_i היא הזווית בין מישור הקיטוב המקורי של האור לכיוון המקטב.

לנוסחה זו הסבר פשוט: קוסינוס הזווית הוא גודל ההיטל של כיוון הקיטוב על כיוון המקטב, והסיבה להעלאה בריבוע היא שכמות האנרגיה שנושא גל אלקטרומגנטי פרופורציונית לריבוע המשרעת של השדה החשמלי. עם זאת, חשוב לזכור כי זו נוסחה מקורבת, ובפועל ישנו איבוד אנרגיה נוסף במקטב, ושבר העוצמה שעוברת קטנה מ cos²θ .

אם מעבירים אור לא מקוטב דרך מקטב, עוצמתו פוחתת פי 2, כיוון שהערך הממוצע של לאורך מחזור שלם הוא .

ניתן להבין כי כאשר מניחים שני מקטבים ניצבים זה לזה, עוצמת האור שתעבור דרך שניהם תהייה אפס. באופן מפתיע, אם נכניס ביניהם מקטב שלישי בזווית שונה, יעבור אור, וניתן לחשב את עוצמתו על ידי הפעלת חוק מאלוס פעמיים.