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La polarizzazione della luce
Luce polarizzata: un termine astruso che sa di fisica, che sembra complicare le cose, che si riferisce a qualcosa che non si vede ad occhio nudo.
Vero. Ma è anche vero che la luce in natura può essere polarizzata, come può non esserlo e che ciò influisce sulla qualità di una fotografia.
Per controllare la luce polarizzata a fini scientifici, i produttori di strumenti ottici hanno ideato i filtri polarizzatori, utilizzati in fotografia anche a fini creativi.
Il polarizzatore è un filtro tutto sommato poco conosciuto ma molto utilizzato da chi lo possiede, molto utile in situazioni diverse.
Per meglio comprendere come usarlo è necessaria una introduzione a cosa è la luce polarizzata, senza parlare di fisica se non l'indispensabile per capire dove si può trovare la luce polarizzata e non andare a caso al momento di scattare.
La luce bianca emessa dalle sorgenti naturali, come il sole, oppure da quelle artificiali, come le lampadine, non è polarizzata, ovvero non ha una organizzazione precisa nella sua propagazione attraverso lo spazio.
Quando questa luce viene riflessa dalla superficie di alcuni soggetti, tutta o in parte, cambia le sue caratteristiche e diviene luce polarizzata.
La luce emessa dal sole non è polarizzata, cioè non è organizzata dal punto di vista del campo elettromagnetico associato.
Quando viene riflessa da alcune superfici, come l'acqua, oppure quando attraversa l'atmosfera e viene diffusa,
una parte della luce si polarizza: il vettore del campo elettrico e magnetico associato viene orientato nello spazio in modo preciso. Ciò non cambia il nostro modo di percepire quella luce, ma ci permette di usare un filtro polarizzatore per controllare i riflessi.
Il nostro occhio non può percepire la differenza fra luce polarizzata e no: vede solo un colore o un riflesso di luce bianca, poiché è sensibile alla frequenza della radiazione e non alle caratteristiche dell'onda elettromagnetica. Alcuni insetti sono in grado di riconoscere la luce diversamente polarizzata e la usano ad esempio per orientarsi. Come fanno?
Sfruttano il fatto che la luce che proviene dal cielo è polarizzata diversamente secondo certe direzioni e durante le ore del giorno. Questo effetto si usa anche in fotografia, applicando un filtro polarizzatore davanti all'obiettivo, per variare la densità del cielo nell'immagine.
Cosa fa quindi il filtro polarizzatore? Ai fini pratici scurisce il cielo senza modificare la luminosità dell'insieme. Di fatto è in grado di fare anche altro, come per esempio saturare i
colori del paesaggio.
Vediamo brevemente cos'è e come agisce un polarizzatore.
In natura la luce può essere polarizzata linearmente o circolarmente, e qui le cose si complicano. Semplifichiamo dicendo che sono due modi di propagazione della luce quando è organizzata nel suo viaggiare per lo spazio e che ciò dipende dalla caratteristica di riflessione o di trasmissione delle sostanze con cui essa interagisce.
Si ha polarizzazione lineare quando la luce viene riflessa dall'acqua, da alcuni tipi di plastica, dal vetro, oppure quando attraversa l'atmosfera sotto certe angolazioni.
Cioè in generale quando la luce viene riflessa da materiali isolanti.
La polarizzazione circolare è invece tipica della riflessione sulle superfici metalliche.
Cioè quando la luce viene riflessa da materiali conduttori.
SCHEMA POLARIZZAZIONE LINEARE
Un filtro polarizzatore lineare agisce come la superficie dell'acqua, cioè è in grado di organizzare
la luce orientando il vettore campo elettrico (e di conseguenza quello del campo magnetico) in una direzione precisa,
che giace quindi su un piano. Questo piano viene definito il piano di polarizzazione.
Viene in genere identificato nei filtri polarizzatori lineari con un punto bianco sulla montatura.
SCHEMA POLARIZZAZIONE CIRCOLARE
Un filtro polarizzatore circolare agisce come una superficie metallica, cioè organizza la luce inducendo una
rotazione al vettore campo elettrico (e di conseguenza a quello del campo magnetico). Ne risulta una periodicità che
può essere anche interpretata come risultante di due polarizzazioni lineari.
I due tipi di filtri polarizzatori disponibili sono:
- il polarizzatore lineare: in grado di modificare la luce non polarizzata e trasformarla in polarizzata linearmente.
- il polarizzazione circolare: che organizza la propagazione dell'onda luminosa nello spazio, generando una luce il cui piano di polarizzazione ruota con regolarità nello spazio.
Ambedue i filtri permettono il passaggio della sola componente polarizzata presente nella luce non polarizzata, fungendo quindi da selezionatori di luce, senza alterare la cromia.
Si può rappresentare la luce non polarizzata come formata da radiazione che “vibra” su infiniti piani, cioè in cui le forze elettrica e magnetica associate assumono direzione casuale in ogni punto dello spazio durante il suo allontanamento dalla sorgente.
È come se un ragazzino dispettoso lanciasse dei bastoncini uno via l'altro nella stessa direzione, ma tutti orientati diversamente.
Il polarizzatore lineare seleziona la componente polarizzata linearmente e permette il passaggio solo a questa. Per questo motivo appare scuro e assorbe comunque una certa quantità di luce quando lo si pone davanti all'obiettivo.
Possiamo paragonare questo polarizzatore a un cancello formato da sbarre parallele, che lascia passare solo i bastoncini orientati parallelamente alle sue sbarre. Tutti gli altri saranno bloccati, non potranno passare e rimarranno all'esterno.
Nella polarizzazione circolare il vettore del campo elettromagnetico ruota con regolarità nello spazio, quindi non vi è un vero e proprio piano di polarizzazione.
Il polarizzatore circolare imprime quindi alla luce non polarizzata una variazione ciclica dell'orientamento delle forze elettrica e magnetica, selezionando la componente adatta. Anch'esso appare scuro e assorbe luce davanti all'obiettivo.
È come un'immaginaria macchina che cattura i bastoncini dell'esempio precedente, li seleziona e ne lascia passare una parte imprimendovi un movimento circolare, come se uscissero dalla macchina (il filtro) con una rotazione attorno al loro punto medio mentre si allontanano.
Il polarizzatore circolare è il solo utilizzabile con le macchine fotografiche autofocus, in quanto i sistemi di messa a fuoco automatica a contrasto di fase (misurato anche attraverso uno vetro semitrasparente ed uno specchio) non possono operare in presenza di luce polarizzata linearmente.
Utilizzando due polarizzatori, con il piano di polarizzazione orientato a 90° l'uno con l'altro, si può ottenere il buio quasi totale, in quanto la luce polarizzata dal primo viene sbarrata dal secondo. Ne passerà comunque un minimo in quanto nessun filtro è perfetto.
È un ottimo sistema per crearsi un filtro a densità neutra variabile, dosando la rotazione di un filtro rispetto all'altro, quando per esempio serve aprire il diaframma e allungare il tempo in pieno sole. Attenzione però che l'autofocus (e con lui il telemetro elettronico) non funziona e che la messa a fuoco manuale a vista diventa estremamente difficoltosa.
Usando due polarizzatori lineari incrociati
si ottiene il buio, variando la loro rotazione reciproca
si può ottenere un filtro neutral density variabile.
L'autofocus tuttavia non può funzionare in queste
condizioni, come pure il telemetro elettronico.
 
Ecco l'effetto di due polarizzatori incrociati: uno montato sull'obiettivo e uno tenuto in mano ruotato di 90°.
Come si vede nella prima foto il polarizzatore lascia passare tutta la luce, mentre nella seconda la blocca integralmente.
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