¿Cómo las gafas de sol polarizadas reducen el deslumbramiento?

Lo aburrido es que una polarización pasa y la otra no, por lo que la intensidad se reduce a la mitad.

Pero, por supuesto, las gafas adecuadamente opacas podrían hacer lo mismo mucho más barato.

Lo interesante proviene del reflejo de la luz solar (no polarizada) en charcos, piscinas o el mar. La luz reflejada está predominantemente polarizada horizontalmente. Depende del ángulo. En un ángulo particular, el ángulo de Brewster, cuando el rayo reflejado y el rayo refractado están a 90 grados entre sí, no hay polarización vertical en el reflejo. Entonces, las gafas de sol Polaroid que aceptan la componente vertical y rechazan la horizontal eliminan la mitad de la luz general, pero mucho más de la mitad de la luz reflejada en las láminas de agua horizontales. Para que pueda ver lo que sucede en la piscina sin que el resplandor reflejado en la superficie lo oculte.

Cuando se habla de polarización, convencionalmente se piensa en la dirección de la oscilación del campo eléctrico de una onda electromagnética. Un tren de ondas de luz consta de campos eléctricos y magnéticos mutuamente perpendiculares cuyos planos de oscilación son perpendiculares a la dirección de propagación. Una fuente de luz no polarizada emite miles de millones (¡exactamente!) de trenes de ondas para los cuales los planos de los campos eléctricos (y, en consecuencia, los campos magnéticos) se distribuyen uniformemente desde$0$a$2\pi$. La intensidad de la luz es proporcional al cuadrado de la amplitud del campo eléctrico, por lo que

$$I \propto E^2.$$ Para cualquier plano particular de oscilación (y por lo tanto cualquier polarización lineal particular), la intensidad en ese plano es proporcional al cuadrado del componente de la amplitud del campo eléctrico en ese plano. Tenga en cuenta que el campo eléctrico es un vector, por lo que podemos dividir ese vector en componentes paralelos y perpendiculares a cualquier plano de polarización que deseemos. Armados con este concepto podemos escribir $$I\left(\theta\right)\propto \left(E\cos\theta\right)^2$$ Ahora, debido a que la luz no polarizada se distribuye aleatoriamente (¿uniformemente?) en todos los ángulos, la intensidad total para cualquier plano en particular es simplemente la intensidad promedio en ese plano que proviene de todos los componentes que contribuyen: $$I_{polarized}\propto\dfrac{1}{2\pi}\int\limits_0^{2\pi}E^2\cos^2\theta\ d\theta=\dfrac{E^2}{2}$$ Así, las gafas polarizadas, en su primera acción, reducen la intensidad a la mitad (50%) polarizando planamente la luz no polarizada.

En su segunda acción, su plano de polarización es permitir el paso del componente del campo eléctrico vertical (perpendicular a la alineación de las lentes una al lado de la otra). La razón de esto es que la mayor parte del deslumbramiento óptico que afecta la experiencia de visualización humana promedio se debe al reflejo de la luz de las superficies horizontales. Considere, por ejemplo, la luz del sol que se refleja en el capó de un automóvil o en el tablero, o la luz que se refleja en la superficie de un lago o una piscina.

Cuando la luz se refleja en una superficie, la luz se polariza parcialmente linealmente con el campo eléctrico paralelo o transversal a la superficie. Si el reflejo está en un ángulo específico, llamado ángulo de Brewster, está totalmente polarizado linealmente transversal a la superficie de reflexión, o polarizado TE. Por lo tanto, la luz reflejada desde las superficies horizontales se polariza horizontalmente parcial o totalmente linealmente. Las gafas de sol polarizadas filtrarán este deslumbramiento preferentemente en más del 50%.

El valor específico del ángulo de Brewster depende del material de la superficie reflectante, al igual que la cantidad de polarización parcial en otros ángulos.

Además, la luz solar está parcialmente polarizada linealmente al dispersarse de las moléculas en la atmósfera, pero esto solo se nota ligeramente si observa diferentes partes del cielo "azul" en un día generalmente despejado. Esta polarización no afecta mucho el factor de deslumbramiento (al menos en mi experiencia).