Дифракция и поляризация света

2. Дифракция и поляризация света Основные формулы и законы

Дифракция и поляризация света

  • Радиус внешней границы й зоны Френеля для сферической волны

,

где –номер зоны Френеля; – длина волны;и–расстояния от волновой поверхностисоответственно до точечного источникаи до экрана, на котором дифракционнаякартина наблюдается.

  • Радиус внешней границы йзоны Френеля для плоской волны

,

где –номер зоны Френеля; – длина волны;–расстояние от диафрагмы с круглымотверстием до экрана, на которомдифракционная картина наблюдается.

  • Условия дифракционных максимумов и минимумов от одной щели, на которую свет падает нормально:

–условиемаксимума

–условиеминимума

(= 1,2, 3, …),

где –ширина щели; – угол дифракции;–поря­док спектра;– длина волны.

  • Условия главных максимумов и минимумов, а также дополнительных минимумов дифракционной решетки, на которую свет падает нормально:

(=0, 1, 2,…)условиемаксимума

–(=1, 2, 3…) –условие минимума

(=1, 2, 3,…,кроме 0,N,2N,…)–условие добавочных минимумов,где –период (постоянная) дифракционнойрешетки;–число штрихов решетки.

  • Период дифракционной решетки

,

где –число щелей, приходящихся на единицудлины решетки.

  • Условие дифракционных максимумов от пространст­венной решетки (формула Вульфа – Брэггов)

(=1,2, 3, …),

где –расстояние между атомными плоскостямикрис­талла; –угол скольжения.

  • Угловая дисперсия дифракционной решетки

.

  • Разрешающая способность дифракционной решетки

,

где –длины волн двух соседних спектраль­ныхлиний, разрешаемых решеткой;–порядок спектра; –общее число штрихов решетки.

,

где –интенсивность плоскополяризованногосвета, прошедшего через анализатор;–интенсивность плоскополяризованногосвета, падающего на анализатор;– угол между главными плоскостямиполяризатора и анализатора.

Еслив анализаторе часть ()световой энергиипоглощаетсяи отражается (теряетсяна поглощение и отражение), то законМалюса выглядит так:

.

,

где – угол падения, при котором отраженныйот диэлектрика луч являетсяплоскополяризованным; –относительный показатель преломлениявторой среды относительно первой.

  • Угол поворота плоскости поляризации:

– дляоптически активных кристаллов и чистыхжидкостей

;

– дляоптически активных растворов

,

где –длина пути, пройденного светом в оптическиактивном веществе;-постоянная вращения;– удельная постоянная вращения;–массовая концентрация оптическиактивного вещества в растворе.

Задания Дифракция Френеля

2.1.Посередине между точечным источникоммонохроматического света (=550нм) и экраном находится диафрагма скруглым отверстием. Дифракционнаякартина наблюдается на экране,расположенном на расстоянии 5 м отисточника. Определить радиус отверстия,при котором центр дифракционных колец,наблюдаемых на экране, будет наиболеетемным. [1,17мм].

2.2.Определить радиус третьей зоны Френеля,если расстояния от точечного источникасвета (=0,6 мкм) до волновой поверхности и отволновой поверхности до точки наблюденияравны 1,5 м.[1,16мм].

2.3.На диафрагму с круглым отверстиемдиаметром 5 мм падает нормальнопараллельный пучок света с длиной волны0,6 мкм. Определить расстояние от точкинаблюдения до отверстия, если отверстиеоткрывает: 1) две зоны Френеля; 2) три зоны Френеля. [1)5,21 м; 2) 3,47 м].

2.4.Определить радиус третьей зоны Френелядля случая плоской волны. Расстояниеот источника до волновой поверхностии от волновой поверхности до точкинаблюдения равно 1,5 м. Длина волны 0,6мкм. [1,64мм].

2.5.Определить радиус четвертой зоныФренеля, если радиус второй зоны Френелядля плоского волнового фронта равен 2мм. [2,83мм].

2.6.Определить радиус первой зоны Френеля,если расстояния от точечного источникасвета (= 0,5 мкм) до зонной пластинки и от пластинкидо места наблюдения 1 м. [0,5мм].

2.7.На зонную пластинку падает плоскаямонохро­матическая волна (= 0,5 мкм). Определить радиус первой зоныФренеля, если расстояние от зоннойпластинки до места наблюдения 1 м.[707мкм].

2.8.Дифракция наблюдается на расстоянии от точечного источника монохроматическогосвета(=0,5 мкм). Посередине между источникомсвета и экраном находится непрозрачныйдиск диаметром 5 мм. Определить расстояние,еслидиск закрывает только центральную зонуФренеля. [50м].

Источник: https://studfile.net/preview/4001778/page:4/

Дифракция и поляризация света

Дифракция и поляризация света

Лучше понять природу света поможет исследование таких явлений, как дифракция и поляризация. Изучением данных явлений занимается такой раздел физики, как волновая оптика. Оптика исследует распространение света и его взаимодействия с веществом.

Понятие и характеристика световой волны

Свет — это электромагнитное излучение, обладающее свойством двойственной природы. Так, в одной ситуации он ведет себя подобно электромагнитной волне, а в другой — потоку особых частиц фотонов (квантов света).

Свет, таким образом, представляет собой определенный поток фотонов. Световая волна, с точки зрения волновой оптики, будет представлять собой процесс колебания магнитных и электрических полей, чье распространение наблюдается в пространстве.

Современные представления о свете дают понять, что он является достаточно сложным в природе явлением. Изменение его поведения то в сторону электромагнитной волны, то в направлении потока особых частиц (фотонов) называется свойством корпускулярно-волнового дуализма (корпускула – это частица, а дуализм означает двойственность).

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Оптика занимается изучением световых волн и невидимых человеческому глазу излучений таких, как инфракрасное и ультрафиолетовое. Будучи электромагнитной волной, свет обладает следующими свойствами:

  • свойство отражения;
  • свойство преломления.

Дифракция света

Определение 1

Дифракция света представляет собой явление, демонстрирующее отклонения света от его прямолинейно направленного распространения в условиях прохождения вблизи препятствий. Согласно результатам опытов, свет при определенных условиях обладает свойством проникновения в область геометрической тени.

Рисунок 1. Дифракция света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Если параллельному световому пучку на пути встретится круглое препятствие в виде шарика или круглого отверстия в непрозрачном экране, на расположенном на довольно существенном расстоянии от препятствия экране возникает дифракционная картина (система темных и светлых колец, чередующихся между собой). Если препятствию свойственен линейный характер в виде нити, щели или края экрана, мы увидим на экране систему параллельных дифракционных полос.

Дифракционные явления были хорошо известны ученым еще во времена И.Ньютона, однако попытки объяснить их посредством корпускулярной теории света оказались невозможными. Впервые качественное объяснение дифракции, согласно волновым представлениям, смог дать английский ученый Т.Юнг.

В 1818 г. французский физик О.Френель смог развить количественную теорию дифракционных явлений. В основу своей новой теории ученый включил принцип Гюйгенса с дополнением его идеей интерференции вторичных волн.

Принцип Гюйгенса в своей первоначальной вариации способствовал нахождению исключительно положений волновых фронтов в следующие моменты времени (иными словами, — определению направления распространяющейся волны).

Это, по сути, был принцип геометрической оптики.

Гипотезу Гюйгенса про огибающие вторичные волны Френель поспешил заменить физически ясным положением о вторичных волнах, на основании которого, они, пребывая в точку наблюдения, начинают интерферировать друг с другом.

Практическое применение явления дифракции наблюдается при разработке оптических приборов, таких как микроскопы, фотоаппараты, телескопы, поскольку у всех них имеется объектив, ограничивающий своей оправой световой пучок. Различают дифракцию следующих типов:

  • в ближней зоне (при таком положении точка, на которую падает определенный луч, будет близко располагаться к препятствию) — дифракция Френеля;
  • в дальней зоне (взаимодействующие лучи оказываются практически параллельными, при этом при достаточно большом отверстии дифракция продолжит оставаться незаметной), явление называется дифракцией Фраунгофера.

Замечание 1

Дифракционная решетка — оптический прибор в форме прозрачной или отражающей пластины с нанесенными на нее параллельными штрихами. При прохождении через нее белого света, становится заметным его разделение на спектр. Решетка при этом окрашивается в радужные цвета.

Сквозь решетку можно пропускать не только белый, но и пропущенный через некоторое вещество свет. Данная процедура носит название спектрального анализа и способствует выявлению состава исследуемых образцов.

Таким образом, дифракция возникает в ситуации, когда происходит встреча лучей с непроницаемым препятствием. При этом лучи, которые будут проходить вблизи самого края, не направляются прямолинейно, а постараются обойти препятствие за счет его огибания. Благодаря такому процессу волна обладает способностью полностью огибать объекты, не превышающие ее длину.

Поляризация света

Современной физике известно, что видимый свет является электромагнитными волнами, обладающими определенной длиной. Опыты, открывшие поляризацию света, указывают на факт поперечности таких волн по причине того, что свойства продольной волны в плоскости, которая перпендикулярна направлению ее распространения, не различимы.

В момент распространения электромагнитной волны, мы наблюдаем колебания в ней векторов двух видов:

  • вектор напряжённости электрического поля;
  • вектор магнитной индукции.

Такие векторы обладают свойством постоянной взаимной перпендикулярности и располагаются в плоскости, которая перпендикулярна распространению волны. В условиях колебаний первого типа вектора в одной плоскости, свет окажется плоскополяризованным (линейно поляризованным), сама плоскость при этом будет считаться плоскостью поляризации.

Замечание 2

Оба вышеуказанных типа вектора обладают способностью вращения по направлению распространения света. Здесь уже имеет место процесс сложной поляризации, которой обладает световая волна. Также такой процесс может называться эллиптической или круговой поляризацией.

Рисунок 2. Поляризация света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В качестве поляризатора может выступить не каждое вещество. При прохождении сквозь поляризатор простой (неполяризованный) свет начинает отдавать его атомам часть энергии электромагнитной волны.

Таким образом, составляющая, направленная поперёк вращения бионов, будет передаваться на атомы, расположенные справа и слева от пути прохождения волны и, соответственно, останется в веществе. Энергия исходной волны при этом начнет уменьшаться.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fizicheskaya_optika/difrakciya_i_polyarizaciya_sveta/

Интерференция и дифракция

Дифракция и поляризация света

Интерференция – это сложение колебаний. В результате интерференции в каких-то точках пространства происходит рост амплитуды колебаний, а в других – их уменьшение.

Неизменная картина интерференции наблюдается только тогда, когда разность складываемых колебаний постоянна (они когерентны). Очевидно, что когерентными могут быть колебания одинаковой частоты.

Поэтому чаще всего изучают интерференцию монохроматических колебаний.

На фото изображена интерференция волн на поверхности воды.

Интерференцию световых волн можно наблюдать, если положить стеклянную линзу на стеклянную пластинку (см. рисунок справа) и посмотреть на них сверху.

Луч света (красные стрелки) падает сверху на линзу, преломляется, отражается от её нижней искривлённой поверхности и выходит из линзы (луч 2).

Однако часть луча, упавшего на нижнюю поверхность линзы, выходит из неё, падает на стеклянную пластинку, отражается от неё, проходит через линзу и выходит из неё (луч 1). Лучи 1 и 2 когерентны, т.к. они возникли из одного луча.

Если попав в глаз, фаза этих лучей будет отличаться на целое число периодов, то эти лучи будут усиливать друг друга и мы увидим яркое пятно. В тех случаях, когда их разность фаз составит нечётное число полупериодов (Т/2, 3Т/2, 5Т/2 и т.д.) лучи уничтожат друг друга, и мы увидим тёмное пятно.

Очевидно, что разность фаз между лучами 1 и 2 зависит от толщины зазора между линзой и пластинкой. Поэтому, смотря сверху мы увидим чередующиеся тёмные и светлые кольца – кольца Ньютона (см. рисунок).

Интерференция световых волн происходит, когда на пути света оказывается непрозрачный экран с двумя параллельными щелями – S1 и S2 (опыт Юнга, см. ниже). Согласно принципу Гюйгенса каждая из щелей становится вторичным источником сферических волн. S1 и S2 – когерентные источники, т.к. они произошли от одного источника света.

Волны от S1 и S2 налагаются друг на друга, и если на каком-то расстоянии от щелей поставить непрозрачный экран, то на нём появятся чередующиеся тёмные и окрашенные (яркие) полосы. При этом напротив точки, лежащей между щелями, будет центральная яркая полоса, которую называют интерференционным максимумом «0» порядка.

Симметрично от центральной яркой полосы располагаются темные полосы — интерференционные минимумы «1» порядка, а потом яркие полосы — интерференционные максимумы «1» порядка, и т.д.

Очевидно, что разность хода лучей от S1 и S2 в точке на экране, где наблюдается интерференционный максимум m-го порядка, равна ml, где l- длина волны света.

На рисунке b показано, как можно вычислить угол q, под которым виден интерференционный максимум «1» порядка. Из рисунка следует, что , где d – расстояние между щелями.

Также можно вычислить расстояние x от центральной яркой полосы на экране до интерференционного максимума «1» порядка , где L – расстояние до экрана, где наблюдают интерференцию.

Необходимо отметить, что простота этих формул вытекает из того, что L>>d.

На фото ниже показаны интерференционные полосы для синего света (левая), для красного света (средняя) и для белого света (правая).

Интерференционные полосы можно наблюдать в свете, отражённом от вертикально расположенной мыльной плёнки (см. рисунок ниже). Толщина плёнки увеличивается сверху вниз, что изменяет разность хода между лучами, отражёнными от обеих поверхностей плёнки.

На рисунке а схематически показан верхний красный луч, падающий слева на фиолетовую плёнку (в разрезе). Этот луч сразу отражается и получает обозначение (луч 1).

Другая часть того же луча преломляется в плёнке, отражается от другой её поверхности (луч 2) и продолжает двигаться рядом с лучом 1. Если при этом разница фаз между лучами 1 и 2 станет кратной периоду колебаний, то лучи будут усиливать друг друга, и мы увидим яркую полосу.

Если же эта разница фаз составит нечётное число полупериодов (Т/2, 3Т/2, 5Т/2 и т.д.), то они уничтожат друг друга, а мы увидим тёмную полосу.

Следует отметить, что волны при отражении изменяют фазу на 180° (или p), если отражаются от более оптически плотной среды, например, при отражении света в воздухе от воды. Если отражение происходит от менее оптически плотной среды, то изменение фазы волны не происходит.

Пусть, например, показатели преломления n1 < n2 > n3 (см. рисунок ниже). Найдём разность фаз Dj между лучами 1 и 2 после прохождения лучом 2 через тонкую плёнку в обоих направлениях. Луч 1 изменил свою фазу после отражения на p. Луч 2 вернётся в среду с n1 , опоздав на число периодов, равное отношению двойной толщины плёнки (2h) к длине волны света в ней, l2, т.е.

где l0 – длина волны света в вакууме.

Дифракция

Дифракцией называют явления, связанные со свойством волн огибать препятствия, т.е отклоняться от прямолинейного распространения.

На рисунке ниже показано, как меняют направление звуковые волны после прохождения через отверстие в стене. Согласно принципа Гюйгенса области 1-5 становятся вторичными источниками сферических звуковых волн. Видно, что вторичные источники в областях 1 и 5 приводят к огибанию волнами препятствий.

Любое препятствие искажает фронт распространения волн. Согласно принципу Гюйгенса границы препятствия становятся вторичными источниками волн, а их интерференция за препятствием приводит к возникновению устойчивой картины — чередования максимумов и минимумов интенсивности.

Эти максимумы и минимумы называют дифракционными, т.к. они произошли в результате дифракции волн. Ниже показана дифракция волн, распространяющихся слева направо за шаром.

Видно, что дифракция волн практически уничтожает тень от шара, а в её центре появляется область, где интенсивность волн очень велика.

Ниже показано фото тени от монеты на экране при освещении её источником монохроматического света. Видно, что в центре тени есть яркое пятно, образованное интерференцией лучей, огибающих край монеты. Интерференция этих лучей приводит к появлению чередующихся тёмных и ярких колец, окружающих тёмный диск тени. Этот эксперимент тоже является иллюстрацией явления дифракции света.

Ниже показано увеличенное фото тени верхнего края непрозрачной стены на экране. Видно, что переход из тёмной части тени в освещённую происходит не резко, а через последовательность чередующихся тёмных и ярких полос. Эти полосы являются результатом дифракции лучей света на краю препятствия и последующей их интерференции.

Щель в непрозрачном экране (см. рис. ниже) тоже искажает фронт распространения волн. Согласно принципу Гюйгенса границы щели и она сама становятся вторичными источниками волн, а их последующая интерференция приводит к возникновению устойчивой картины — чередования дифракционных максимумов и минимумов интенсивности света (см. самую правую панель рисунка).

Если расстояние L до экрана, на котором наблюдают дифракционную картину, гораздо больше ширины a щели (см. рисунок ниже), то угол, под которым виден первый дифракционный минимум номер n (см. yn на рисунке), можно вычислить из соотношения

где l — длина волны света. Коричневой кривой показан график зависимости интенсивности света от положения на экране. Самая правая панель – соответствующая дифракционная картина.

Если щель освещается двумя источниками света S1 и S2 , то каждый из них будет создавать на экране свою дифракционную картину (см. рисунок ниже).

Если угол q, под которым видны эти источники, больше ширины центрального дифракционного максимума (2l/a) то на экране можно будет различить ДВА ярких дифракционных максимума.

В противном случае на экране будет только один центральный максимум слегка большей интенсивности. Таким образом, чем больше ширина щели, тем легче различить на экране близко расположенные источники света.

Дифракция света наблюдается, если он проходит через круглое отверстие (см. левый рисунок). При этом дифракционная картина состоит из центрального яркого пятна, окружённого чередой тёмных и ярких колец. При этом угловой диаметр q1 центрального яркого пятна равен

где D – диаметр отверстия. Если угол, под которым видны два источника света больше q1 , их центральные максимумы не перекрываются и вполне различимы (см. среднее фото). В противном случае эти максимумы сливаются в один (см. самое правое фото).

Таким образом, чем больше будет диаметр входной линзы или зеркала телескопа, тем больше звёзд мы увидим на небе.

Дифракционная решётка – это прозрачная пластинка, на которую через одинаковое расстояние d (период решётки) нанесены параллельные штрихи.

Плоский фронт световой волны падает слева на дифракционную решётку (см. рисунок) и претерпевает дифракцию на её штрихах.

После интерференции прошедших через решётку лучей появляются направления, вдоль которых наблюдаются дифракционные максимумы и минимумы интенсивности света.

Угол qn, под которым виден первый дифракционный максимум номер n, легко вычислить, если считать, что расстояние до экрана Р гораздо больше периода решётки d:

На рисунке справа показано, как дифракционная решётка расщепляет голубой луч лазера.

Дифракционная решётка не только может отклонять лучи, как призма, но и разлагать их в спектр. Справа показано, что происходит с белым светом, после того, как он проходит через дифракционную решётку. Видно, что дифракционная картина в этом случае представляет собой наложение дифракционных картин для цветов, образующих белый свет

Явления дифракции и интерференции света помогают Природе раскрашивать всё живое, не прибегая к использованию красителей

ИСТОЧНИК

http://kaf-fiz-1586.»narod».ru/11bf/dop_uchebnik/in_dif.htm — убрать «»

Источник: https://pikabu.ru/story/interferentsiya_i_difraktsiya_4225922

Дифракция, дисперсия, интерференция света — Служебный Дом

Дифракция и поляризация света
Условие интерференционных максимумов дифракционной решётки имеет вид dsinα=kλ. Чем больше длина волны,тем шире расположены полосы дифракционной картины. d — период решётки.

С увеличением периода дифракционной решётки в два раза, расстояние между нулевым и первым максимумами уменьшается примерно в два раза.

Нулевой максимум находится напротив дифракционной решётки, луч проходит её без преломления.

Условие первого максимума имеет вид dsinα=λ.

Чем выше частота излучения, тем меньше угол преломления луча при переходе из воздуха в воду (из менее оптически плотной среды в более плотную).

Угол преломления — угол между преломлённым лучом и нормалью к поверхности преломления.

Поверхность преломления — граница раздела двух сред.

Угол падения — угол между лучом и нормалью к поверхности.

При переходе из среды в среду, часть света отражается. В фототехнике для уменьшения рассеиваемого в объективе света, а значит, для увеличения яркости изображения на матрице, используется технология просветления объективов, основанная на использовании явления интерференции.

Угол преломления — угол между преломлённым лучом и нормалью к поверхности преломления.

В современных оптических приборах, в том числе фото- и видеокамерах в объективах используется большое количество линз. Как известно, при прохождении границы двух сред, часть света отражается обратно, в сторону источника.

Проходя множество линз, яркость света становится меньше, а за одно, появляется потеря чёткости за счёт многократных отражений света между линзами объектива. Чтобы избежать этих проблем, используют технологию просветления объективов. Эта технология основана на использовании явления интерференции света.

Линзы покрываются тонкой плёнкой, которая предотвращает отражение света в сторону.

Дифракционная решётка

При прохождении когерентных световых волн через дифракционную решётку, за ней образуется дифракционная картина, состоящая из светлых и тёмных полос. Максимумы находятся в светлых полосах, минимуму — в тёмных.

Период дифракционной решётки — это наименьшее возможное расстояние между сходными участками дифракционной решётки (например, между центрами двух соседних штрихов).

С увеличением периода дифракционной решётки в два раза, расстояние между нулевым и первым максимумами уменьшается примерно в два раза.

dsinα=kλ, k — целое число, номер максимума

в — период решётки

α — угол отклонения максимума

λ — длина волны света

Условие первого максимума: dsinα=λ

Центральный максимум обозначается номером 0.

Нулевой максимум находится напротив дифракционной решётки, луч проходит её без преломления. При увеличении длины волны расстояние между первыми дифракционными максимумами увеличивается примерно на столько же, на сколько увеличилась длина волны.

При увеличении частоты излучения расстояние между интерференционными полосами уменьшается.

Для формирования устойчивой интерференционной картины необходимо наложение когерентных световых волн.

Когерентными называются монохроматические волны с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз.

Разность хода волн для двух когерентных источников света с одинаковыми фазами равна Δr=kλ, где k — целое число. Разность хода волн кратна их длине. Если изменить расстояние от источника света до дифракционной решётки, то интерференционная картина не изменится. Если же изменить расстояние от дифракционной решётки до экрана, то максимумы сместятся.

Условие интерференционных минимумов имеет вид:

Δ=(2k+1)λ/2, k — целое число

Если разность хода равна полуцелому числу длин волн, то в таких точках находятся минимумы, так как волны накладываются в противофазе, и освещённость равна 0. Если разность фаз равна целому числу длин волн, то волны накладываются в одинаковой фазе и в данных точках свет становится ярким.

Доказательством поперечности световых волн является поляризация света.

Чтобы найти длину света, если известно количество максимумов и период решётки, необходимо из уравнения дифракционной решётки выразить длину волны.

Дифракция — явление огибания светом препятствий за счёт волновых качеств световых волн., отклонение света от прямолинейного направления движения вблизи препятствий.

Явление дифракции происходит на краях любых отверстий и экранов.

Интерференция — явление наложения волн когерентных источников друг на друга.

Дисперсия — явление разложения белого луча на составляющие цвета.

Разноцветные полосы на поверхности мыльной плёнки при освещении белым светом появляются за счёт интерференции при отражении волн от обоих поверхностей плёнки , при чём волны накладываются друг на друга в пространстве.

Аномальная дисперсия — дисперсия, при которой белый свет раскладывается на составляющие цвет в обратном порядке, нежели при обычной дисперсии. В основном наблюдается в непрозрачных средах.

Чтобы наблюдать дифракцию с помощью дифракционной решётки, необходимо, чтобы эта решётка давала хотя бы максимумы первого порядка помимо нулевого максимума, расположенного прямо за ней. Чтобы максимум попадал на экран, необходимо, чтобы выполнялось условие sinφ=λ/d

Источник: https://www.sites.google.com/site/sluzebnyjdom/fizika/podgotovka-k-ekzamenam/zadanie-13-elektrizacia-elektromagnitnaa-indukcia-interferencia-difrakcia-dispersia/difrakcia-dispersia-interferencia-sveta

Волновые свойства света. Дифракция. Интерференция. Дисперсия

Дифракция и поляризация света

Свет — это электромагнитные волны в интер­вале частот 63 • 1014 — 8 • 1014 Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн в интервале 380 — 770 нм.

Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать дав­ление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечную скорость рас­пространения в вакууме 300 000 км/с, а в среде ско­рость убывает.

Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и диф­ракции.

Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при на­ложении двух (или нескольких) когерентных свето­вых волн, в результате чего в одних местах возника­ют максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны.

Световые волны частично отража­ются от поверхности тонкой пленки, частично прохо­дят в нее. На второй границе пленки вновь происхо­дит частичное отражение волны (рис. 34). Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности хода I, кратной целому числу длин волн l = 2k λ/2.

При разности хода, кратной нечетному числу полуволн l = (2k + 1) λ/2, наблюдается интерферен­ционный минимум. Когда выполняется условие мак­симума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной.

Явление интерференции в тон­ких пленках применяется для контроля качества об­работки поверхностей просветления оптики.

При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то по­лучается картина из чередующихся светлых и тем­ных полос.

Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Диф­ракция объясняется тем, что световые волны, прихо­дящие в результате отклонения из разных точек от­верстия в одну точку на экране, интерферируют между собой.

Дифракция света используется в спек­тральных приборах, основным элементом в которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непро­зрачных полос, расположенных на одинаковых рас­стояниях друг от друга.

Пусть на решетку (рис. 35) падает монохрома­тический (определенной длины волны) свет. В ре­зультате дифракции на каждой щели свет распро­страняется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решет­кой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода l= d sin φ, где d — по­стоянная решетки — расстояние между соответ­ствующими краями соседних щелей, называемое пе­риодом решетки, (φ — угол отклонения световых лу­чей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разности хода, равной целому числу длин волн d sin φ = kλ, наблюдается интерференционный мак­симум для данной длины волны. Условие интерфе­ренционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ. В результате при прохождении через диф­ракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значе­ние для красного света, так как длина волны красно­го света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.

Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, на­пример, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориен­тации кристаллов свет проходит через второй кри­сталл без ослабления.

Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит. Происходит явление по­ляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости, плоскости поляризации. Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность све­товых волн.

Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиоле­тового цвета.

Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломле­ния света зависит от длины его волны.

Показатель преломления связан со скоростью света в среде, сле­довательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.

На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн Максвелл высказал предположение, что свет — это электромагнитная волна. Эта гипотеза подтверж­дена свойствами, которыми обладает свет.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/9_181608_volnovie-svoystva-sveta-difraktsiya-interferentsiya-dispersiya.html

Booksm
Добавить комментарий