Mengapakah Cermin Mata Hitam Berpolarisasi Mengurangkan Silau?

Ketika berada di tepi tasik pada waktu tengah hari, kita mungkin sukar melihat ke dalam air kerana permukaannya memantulkan cahaya yang terang. Pantulan yang sama boleh berlaku pada jalan raya, cermin bangunan dan permukaan berkilat yang lain. Namun apabila kita memakai cermin mata hitam berpolarisasi, sebahagian silau itu boleh berkurang dengan ketara.

Keistimewaan kanta ini bukan sekadar warnanya yang gelap. Ia menggunakan sifat gelombang cahaya yang dikenali sebagai pengutuban cahaya.

Cahaya mempunyai arah ayunan

Cahaya ialah gelombang elektromagnet. Dalam gelombang ini, medan elektrik dan medan magnet berayun secara melintang terhadap arah perambatan cahaya. Untuk menerangkan pengutuban, ahli fizik menggunakan arah ayunan medan elektrik sebagai rujukan.

Cahaya langsung daripada Matahari lazimnya dianggap tidak terkutub, iaitu tidak mempunyai satu arah pengutuban linear yang dominan secara purata. Sebaliknya, cahaya terkutub secara linear mempunyai arah ayunan medan elektrik yang tertentu. Perbezaan inilah yang membolehkan penuras polarisasi memilih komponen cahaya yang boleh melaluinya. Penuras polarisasi linear yang ideal membenarkan komponen medan elektrik yang selari dengan paksi penghantarannya melaluinya, manakala komponen yang berserenjang dengan paksi itu disekat. Dalam penuras sebenar, keberkesanan proses ini bergantung pada bahan dan kualiti penuras.

Mengapakah cahaya pantulan boleh menjadi terkutub?

Apabila cahaya mengenai permukaan air, sebahagiannya dipantulkan manakala sebahagian lagi memasuki air melalui pembiasan. Permukaan itu tidak semestinya memantulkan semua arah pengutuban dengan kekuatan yang sama. Bagi permukaan air yang mendatar, cahaya yang dipantulkan pada sudut tertentu lazimnya mempunyai komponen medan elektrik mendatar yang lebih kuat, lalu cahaya pantulan itu terkutub sebahagiannya. Tahap pengutuban bergantung pada sudut kedatangan cahaya dan sifat optik bahan yang terlibat.

Pada satu sudut tertentu yang dikenali sebagai sudut Brewster, cahaya yang dipantulkan daripada permukaan dielektrik yang licin boleh menjadi terkutub linear sepenuhnya dalam model optik ideal.

Bagaimanakah kanta berpolarisasi mengurangkan silau?

Kebanyakan cermin mata hitam berpolarisasi direka dengan paksi penghantaran yang hampir menegak apabila dipakai dalam kedudukan biasa. Susunan ini membenarkan lebih banyak komponen cahaya terkutub menegak melaluinya sambil mengurangkan komponen terkutub mendatar. Oleh sebab cahaya silau daripada permukaan air atau jalan yang mendatar sering mempunyai komponen pengutuban mendatar yang kuat, penuras tersebut dapat mengurangkan sebahagian besar silau.

Cahaya lain yang komponen pengutubannya sepadan dengan paksi penghantaran masih boleh melalui kanta. Hasilnya, seseorang mungkin dapat melihat objek di bawah permukaan air dengan lebih jelas kerana pantulan terang pada permukaan telah dikurangkan. Namun kanta berpolarisasi tidak menghapuskan semua pantulan, kerana keberkesanannya berubah mengikut sudut pandangan, orientasi kanta dan keadaan permukaan yang memantulkan cahaya.

Mengapakah memutarkan penuras mengubah kecerahan?

Bayangkan dua penuras polarisasi linear disusun bertindih. Apabila paksi penghantaran kedua-duanya selari, cahaya yang telah melalui penuras pertama dapat melalui penuras kedua tanpa pengurangan keamatan tambahan akibat perbezaan arah pengutuban dalam model ideal. Apabila salah satu penuras diputarkan, komponen cahaya yang boleh melalui penuras kedua semakin berkurang. Jika kedua-dua paksi berserenjang, penuras ideal tidak membenarkan cahaya terkutub linear daripada penuras pertama melaluinya.

Hubungan antara sudut kedua-dua paksi dengan keamatan cahaya yang dihantar diterangkan oleh Hukum Malus. Bagi cahaya terkutub linear yang memasuki penuras ideal, I = I₀ cos² θ, dengan I ialah keamatan cahaya selepas penuras, I₀ ialah keamatan cahaya sebelum penuras dan θ ialah sudut antara arah pengutuban cahaya masuk dengan paksi penghantaran penuras. Persamaan ini ialah model ideal, dan penuras sebenar mungkin masih membenarkan sedikit cahaya melalui susunan paksi yang berserenjang.

Adakah kanta yang lebih gelap semestinya lebih berkesan?

Warna gelap dan pengutuban mempunyai fungsi yang berbeza. Kanta gelap mengurangkan jumlah cahaya tampak yang melaluinya, tetapi tidak semestinya memilih cahaya berdasarkan arah pengutuban. Kanta berpolarisasi pula mengurangkan komponen cahaya tertentu mengikut arah pengutubannya. Oleh itu, dua kanta yang kelihatan sama gelap boleh mempunyai keupayaan yang berbeza untuk mengurangkan silau pantulan.

Pengutuban juga tidak boleh dianggap sebagai bukti perlindungan terhadap sinaran ultraungu. Perlindungan itu bergantung pada sifat penyerapan atau penyekatan sinaran ultraungu oleh kanta, maka perlindungan ultraungu perlu diperiksa secara berasingan apabila memilih cermin mata hitam.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?