27 Билет
Электромагнитная природа света
Свет обладает как волновыми свойствами, так и корпускулярными свойствами. Такое свойство света называет корпускулярно-волновой дуализм. Но ученые и физики древности не знали об этом, и изначально считали свет упругой волной.
Свет - волны в эфире. Но так как для распространения упругих волн нужна среда, то возникал правомерный вопрос, в какой же среде распространяется свет? Какая среда находится на пути от Солнца к Земле? Сторонники волновой теории света предположили что всё пространство во вселенной заполнено некоторой невидимой упругой средой. Они даже придумали ей название – светоносный эфир.
В то время, ученые еще не знали о существовании каких либо волн, кроме механических. Такие взгляды на природу света высказывались примерно в 17 веке. Считалось, что свет распространяется именно в этом светоносном эфире.
Свет - поперечная волна. Но такое предположение вызывало ряд противоречивых вопросов. К концу 18 века было доказано, что свет является поперечной волной. А упругие поперечные волны могут возникать только в твердых телах, следовательно, светоносный Эфир является твердым телом. Это вызывало сильную головную боль у ученых того времени. Как небесные тела могут двигаться сквозь твердый светоносный эфир, и при этом не испытывать никакого сопротивления.
Свет - электромагнитная волна
Во второй половине 19 века Максвелл доказал теоретически существование электромагнитных волн, которые могут распространяться даже в вакууме. И он предположил, что свет тоже является электромагнитной волной. Потом это предположение подтвердилось.
«Скорость света» представляет собой скоростьраспространения электромагнитных колебаний. Как правило, под скоростью света понимают скорость света в вакууме, которая равна примерно 300.000 километров в секунду и считается фундаментальной физической константой. При этом скорость света в веществе оказывается ниже этой величины.
Принцип Гюйгенса : Каждую точку на пути распространения волны можно считать источником вторичных волн. |
Смысл принципа Гюйгенса проще всего понять, если представить себе, что гребень волны на водной поверхности на мгновение застыл. Теперь представьте, что в этот миг вдоль всего фронта волны в каждую точку гребня брошено по камню, в результате чего каждая точка гребня становится источником новой круговой волны. Практически всюду вновь возбужденные волны взаимно погасятся и не проявятся на водной поверхности. И лишь вдоль фронта исходной волны вторичные маленькие волны взаимно усилятся и образуют новый волновой фронт, параллельный предыдущему и отстоящий от него на некоторое расстояние.
Принцип широко используется в волновой оптике и в телекоммуникационной инженерии, где волны (световые и радио- соответственно) регулярно сталкиваются с препятствиями на пути их распространения и огибают их.
28 Билет
Отражение — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения)
Закон отражения света — устанавливает изменение направления хода светового луча в результате встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части. Широко распространённая, но менее точная формулировка «угол отражения равен углу падения» не указывает точное направление отражения луча. Тем не менее, выглядит это следующим образом:
Этот
закон является следствием применения принципа
Ферма к
отражающей поверхности и, как и все
законы геометрической оптики, выводится
из волновой
оптики.
Закон справедлив не только для идеально
отражающих поверхностей, но и для границы
двух сред, частично отражающей свет. В
этом случае, равно как и закон
преломления света,
он ничего не утверждает
обинтенсивности отражённого
света
Преломление (рефракция) — изменение направления распространения волнэлектромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами[1].
Преломление света на границе двух сред даёт парадоксальный зрительный эффект: пересекающие границу раздела прямые предметы в более плотной среде выглядят образующими больший угол с нормалью к границе раздела (то есть преломлёнными «вверх»); в то время как луч, входящий в более плотную среду, распространяется в ней под меньшим углом к нормали (то есть преломляется «вниз»). Этот же оптический эффект приводит к ошибкам в визуальном определении глубины водоёма, которая всегда кажется меньше, чем есть на самом деле.
Преломление света в атмосфере Земли приводит к тому, что мы наблюдаем восход Солнца несколько раньше, а закат несколько позже, чем это имело бы место при отсутствии атмосферы. По той же причине вблизи горизонта диск Солнца выглядит заметно сплющенным вдоль вертикали.
Преломление
света происходит по следующему
закону:
Падающий
и преломленный лучи и перпендикуляр,
проведенный к границе раздела двух сред
в точке падения луча, лежат в одной
плоскости. Отношение синуса угла падения
к синусу угла преломления есть величина
постоянная для двух сред:
,где α — угол
падения,β — угол
преломления, n — постоянная
величина, не зависящая от угла падения.
При изменении угла падения изменяется и угол преломления. Чем больше угол падения, тем больше угол преломления. Если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения: β < α. Луч света, направленный перпендикулярно к границе раздела двух сред, проходит из одной среды в другую без преломления.
Физический смысл показателя преломления. Он показывает, во сколько раз скорость распространения электромагнитных волн в данном веществе меньше скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.
Показа́тель
преломле́ния вещества —
величина, равная отношению фазовых
скоростей света (электромагнитных
волн)
ввакууме и
в данной среде 
. Также
о показателе преломления говорят для
любых других волн, например, звуковых.
билет
Интерференция (физика) — изменение в характере звуковых, тепловых, световых и электрических явлений, объясняемое колебательным движением: в первом случае частиц звучащего тела, в остальных трех — колебанием.
Интерференция света — частный случай интерференции для видимой области электромагнитного спектра;
Интерфере́нция све́та — явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, т. е. испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга. Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света. У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют
Если разность хода равна целому числу длин волн в вакууме
|
|
(8.1.3) |
|
, то 
,
и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими
волнами, будут происходить в одинаковой
фазе. Следовательно, (8.1.3)
является условием интерференционного
максимума.
Если оптическая разность хода
|
|
(8.1.4) |
|
, то 
,
и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими
волнами, будут происходить в противофазе.
Следовательно, (8.1.4)
является условием интерференционного
минимума.
Дифракция (от лат. diffractus - разломанный) волн, явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием. Из-за Дифракция волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени. Именно Дифракция звуковых волн объясняется возможность слышать голос человека, находящегося за углом дома. Дифракцией радиоволн вокруг поверхности Земли объясняется приём радиосигналов в диапазоне длинных и средних радиоволн далеко за пределами прямой видимости излучающей антенны. Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны l и размером объекта, вызывающего Дифракция Наиболее отчётливо Дифракция обнаруживается в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны.
Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья.
Применение. Дифракционную решётку применяют в спектральных приборах, также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные дифракционные решётки), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в интерферометрах и так называемых «антибликовых» очках. Один из простейших и распространённых в быту примеров отражательных дифракционных решёток — компакт-диск или DVD.
Принцип действия дифракционных волн. проходя через дефракционную решетку, волны, состовляющие в единстве свет, огибают решетку с разным углом отклонения. то есть все красные волны огибают ее под одним углом, желтые под другим, синие под другим. И через определенное расстояние можно увидеть весь спектр цветов отдельно, в виде радуги. к стати эффект радуги основан на таком же принцепе, тока в роли решетки- капельки воды.
Период решетки и принцип ее работы
Период решетки - это сумма ширины одной щели и одного непрозрачного промежутка. Для обозначения используют букву d. Период дифракционный решетки часто колеблется около 10 мкм. Рассмотрим, как работает и для чего нужна дифракционная решетка.
На дифракционную решетку падает плоская монохроматическая волна. Длина этой волны равняется λ. Вторичные источники, расположенные в щелях решетки, создают световые волны, которые будут распространяться во всех направлениях. Будем искать условия, при которых волны, идущие от различных щелей, будут усиливать друг друга.