Bez nazwyd

11. ELASTOOPTYKA

11.1. Polaryzator

Metoda elastooptycznego wyznaczania naprężeń jest jedną z metod doświadczalnej analizy naprężeń. Znalazła ona podstawowe zastosowanie w badaniu płaskich pól naprężeń, przy czym wykorzystuje się w niej na zjawiska zachodzące podczas przechodzenia światła spolaryzowanego przez materiał wykazujący dwójłomność wymuszoną.

Podstawowe badania prowadzi się na urządzeniu zwanym polaryskopem ela-stooptycznym.

1

2 3

4 5

Rys. II I Schemat polaryskopu elastooptycznego na światło rozproszone, polaryzacja liniowa (I - źródło światła, 2 - matówka. 3 - polaryzator. 4 - model. 5 - analizator)

Na rysunku 11.1 przedstawiono schemat budowy polaryskopu elastooptycznego. Składa się on z monochromatycznego źródła światła I (najczęściej lampy sodowej), matówki 2, której zadaniem jest wyrównanie natężenia światła w przestrzeni roboczej polaryskopu, polaryzatora 3, analizatora 5. W przestrzeni roboczej polaryskopu między polaryzatorem i analizatorem umieszcza się model 4.

Zadaniem polaryzatora i analizatora jest przepuszczanie drgań świetlnych tylko w określonej płaszczyźnie. W polaryskopach wykorzystujących światło rozproszone polaryzatory wykonuje się przeważnie z polaroidów, czyli z materiałów przezroczystych, przepuszczających drgania świetlne tylko w jednej płaszczyźnie. Po wyjściu z polaryzatora drgania świetlne zachodzą w jednej płaszczyźnie, określonej przez oś polaryzatora. Mówimy, że światło takie jest spolaryzowane liniowo.

11.2. Zjawisko dwójlomności

Pewne przezroczyste kryształy wykazują zjawisko dwójlomności, polegające na rozszczepieniu promienia padającego na dwa promienie rozchodzące się w różnych kierunkach i z różną prędkością. Promienie te, zwane zwyczajnym i nadzwyczajnym, są spolaryzowane w płaszczy znach wzajemnie prostopadłych. Kryształy o takich własnościach nazywamy jednoosiowymi.

W szczególnym przypadku, gdy światło pada prostopadle do osi optycznej kryształu, kierunki rozchodzenia się obu promieni pokrywają się, ale ich prędkość rozchodzenia się jest różna, co powoduje, że w trakcie przechodzenia przez kryształ powstaje różnica w fazach między tymi promieniami.

Niektóre materiały przezroczyste zachowują się w stanie nienaprężonym jak optycznie izotropowe, a pod wpływem naprężeń nabierają cech kryształów jednoosiowych. Zjawisko to nazywamy dwójłomnością wymuszoną. W materiałach tych płaszczyzny polaryzacji promieni zwyczajnego i nadzwyczajnego pokrywają się z płaszczyznami naprężeń głównych <7\ i oy a prędkość rozchodzenia się tych promieni jest proporcjonalna odpowiednio do <7| i oy Bezpośrednio po rozszczepieniu oba promienie są w fazie, ale na skutek, w ogólnym przypadku, różnej prędkości rozchodzenia się obu promieni na wyjściu z materiału pojawia się względne przesunięcie w fazie 8 proporcjonalne do różnicy naprężeń głównych i grubości materiału d. Zjawisko to opisuje wzór:

(II.1)

8 - Cd (a, -CTj),

gdzie C - względna elastooptyczna stała materiałowa.

Jeżeli stosunek względnego przesunięcia w fazie 8do długości fali X oznaczymy przez m, to otrzymamy:

(11.2)

Jeśli przyjmiemy

(11.3)

to otrzymamy:

mK = u, -a₂ ,

gdzie: K - elastooptyczna stała modelowa, m - rząd izochromy.

(114)