Оптический метод исследования напряженного и деформированного состояний

Для исследования напряженного и деформированного состояний в объеме модели деформируемого тела применяют оптический метод. В его основе лежат оптические явления: поляризации света и эффект двойного лучепреломления. Поэтому этот метод называют поляризационно-оптическим. Он используется столь же часто, как медицинская мебель и оборудование.

Согласно электромагнитной теории световые волны сопровождаются перемещением периодически меняющих свою длину взаимно перпендикулярных векторов напряженности электрического и магнитного полей. Оба эти вектора направлены перпендикулярно лучу, т. е. распространение света в некотором роде — распространение поперечных волн. Если вектор напряженности, с которым обычно связывают распространение света, совершает хаотические колебания в плоскости перпендикулярной лучу, то имеет место естественный или неполяризованный свет. Если колебания вектора напряженности происходят в определенной закономерности, то свет называют поляризованным. Плоско поляризованный свет отличается тем, что вектор напряженности совершает колебания в одном направлении (по линии) в плоскости, перпендикулярной линии распространения луча света.

Плоско поляризованный свет можно получить при отражении от стеклянной пластинки, зачерненной с тыльной стороны, при падении луча под определенным углом. В отраженном луче колебания перпендикулярны плоскости, проходящей через падающий луч и нормаль к отражающей поверхности — плоскости падения. В современных поляризационно-оптических приборах для получения плоско поляризованного света используют поляроиды, пропускающие световые колебания только в одной плоскости. В качестве поляроидов используют специальные призмы, изготовленные из исландского шпата или кальцита (призмы Николя и др.). Совершенными источниками поляризованного света могут служить генераторы когерентного оптического излучения (лазеры). Если на пути луча, прошедшего через поляроид, поставить второй так, чтобы плоскости поляризации поляроидов были взаимно перпендикулярны, то получим полное гашение света (скрещенные поляроиды).

Второе физическое явление—искусственное двойное лучепреломление — известно из курса физики и положено в основу поляризационно-оптического метода исследования напряжений и деформаций. Этим свойством обладают в той или иной мере все естественные и искусственные прозрачные материалы, подверженные действию внешних нагрузок. При действии поля напряжений изотропные аморфные материалы становятся оптически анизотропными и ведут себя как двоякопреломляющая кристаллическая пластинка. При пропускании света через прозрачную кристаллическую пластинку световая волна разлагается на две взаимно перпендикулярные волны со взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний, распространяющиеся внутри кристалла с различными скоростями. То же происходит с нагруженной прозрачной моделью из аморфного материала.