La polarizzazione è una proprietà che caratterizza esclusivamente le onde trasversali, poiché solo in esse è definibile un piano individuato dalla direzione di propagazione e dal vettore di oscillazione, come illustrato in (Figura 04.14-01). Un’onda è detta a polarizzazione rettilinea quando la direzione della vibrazione resta costante nello spazio, cioè il vettore di spostamento (o, nel caso elettromagnetico, il campo elettrico) mantiene un’unica orientazione fissa; un esempio è riportato in (Figura 04.14-02).

La sovrapposizione di onde trasversali consente di ottenere diversi stati di polarizzazione. Due onde linearmente polarizzate con la stessa direzione e in fase (o in opposizione di fase) generano ancora un’onda a polarizzazione rettilinea. Se invece si combinano due componenti ortogonali con sfasamento costante e non nullo, il vettore di vibrazione ruota con velocità angolare uniforme attorno alla direzione di propagazione, descrivendo un’ellisse o una circonferenza: si parla rispettivamente di polarizzazione ellittica o circolare. In termini matematici, indicando con z la direzione di propagazione, uno stato di polarizzazione si può esprimere come \( \mathbf{E}(z,t)=\hat{\mathbf{x}}\,E_x \cos(kz-\omega t)+\hat{\mathbf{y}}\,E_y \cos(kz-\omega t+\delta) \). Si ha polarizzazione rettilinea per \(\delta = n\pi\) o se una delle due ampiezze è nulla; polarizzazione circolare per \(E_x=E_y\) e \(\delta=\pm \pi/2\); in ogni altra combinazione si ottiene una figura ellittica, con senso di rotazione determinato dal segno di \(\delta\).

Nel caso della luce, onda elettromagnetica trasversale, la polarizzazione è riferita all’orientazione del campo elettrico. Onde longitudinali come il suono nei fluidi non presentano polarizzazione, mentre onde di taglio in solidi elastici possono essere polarizzate.

La luce polarizzata è centrale in ambito medico-biologico e tecnologico per la capacità di sondare anisotropie e chiralità dei materiali:

• polarimetria di sostanze chirali (ad esempio soluzioni zuccherine) per determinare concentrazioni e attività ottica;
• microscopia in luce polarizzata per evidenziare birifrangenza in tessuti organizzati (collagene, fibre muscolari) e in cristalli biologici;
• filtri polarizzatori e analizzatori per il controllo del contrasto e la riduzione di riflessi superficiali in dispositivi ottici;
• caratterizzazione di materiali anisotropi e studio di tensioni interne tramite variazioni dello stato di polarizzazione della luce trasmessa o riflessa.

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Vibrazioni trasversali e longitudinali

Rappresentazione schematica di: (a) una vibrazione trasversale e (b) una vibrazione longitudinale.

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Onda polarizzata e non polarizzata

Rappresentazione schematica di un’onda non polarizzata (a) e di un’onda polarizzata rettilineamente (b). In entrambi i casi S è la grandezza fisica che vibra. In Figura 12.1f l’onda elettromagnetica rappresentata è polarizzata.

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