Авиатехника, Железнодорожная техника, Автотехника, Водная техника, Космическая техника, Военная техника, Сельскохозяйственная техника, Бытовая техника, Радиоэлектроника, Электрика, Энергетика, Механика, Мебель своими руками, Строительство, Ремонт, Приусадебное хозяйство, Инструменты, Полезные советы, Конструктор-конструктору, Технические статьи, Исторические хроники, Неопознанное, Из области фантастики, Полезные ссылки, Обмен ссылками, Размещение статей, рекламы
 

Картины современной физики

Дата создания сайта: 24/02/2013

Движение и силы

10. Свет создает темноту

Идеи Гюйгенса получили дальнейшее развитие и, наконец, блестящее завершение. Главная заслуга в этом принадлежит французскому ученому Огюстену Френелю (1788-1827). Почти все явления классической оптики он сумел объяснить не только качественно (то есть не только показать их внутреннюю логическую связь), но и рассчитать и обосновать количественно с изумительной математической виртуозностью.

Рис. 19. Интерференционные явления. Усиление (а) и ослабление (б) волн в результате интерференции.

Величайшим достижением этого ученого явилось создание системы знаменитых уравнений Френеля, позволяющих рассчитать интенсивности отраженного и преломленного света в зависимости от угла падения.

Теория Френеля основана на принципе Гюйгенса и явлении интерференции. Попытаемся объяснить его сущность на примере света. Рассмотрим сначала одну световую волну. Пусть теперь в том же направлении распространяется вторая волна с теми же частотой и амплитудой, так что она полностью перекрывается с первой (рис. 19, а). При этом гребни волн совпадают друг с другом, так что точка среды, до которой уже дошла волна, начнет колебаться с удвоенной амплитудой. Таким образом, волны усиливают друг друга, и это усиление происходит всегда, когда разность хода волн равна нулю (как в нашем случае) или в ней укладывается целое число длин волн.

Если же две волны окажутся смещенными друг относительно друга на половину длины волны, все частицы среды останутся в покое (рис. 19, б). В этом случае гребни одной из волн накладываются на впадины другой; естественно, что ни одна точка среды не может двигаться одновременно вверх и вниз. В этом случае говорят, что волны гасят друг друга. Такой процесс наблюдается всегда, когда разность хода кратна нечетному числу половин длин волн (полуволн).

Подобные явления можно непосредственно увидеть при наложении двух протяженных волновых полей. При этом области усиления и ослабления образуют правильный <узор> (например, в виде семейства гипербол на рис. 20).

Рис. 20. Интерференция двух сферических волн.

Если бы все было так просто, как здесь описано, мы могли бы продемонстрировать один весьма интересный и впечатляющий опыт. Зажжем две обычные бунзеновские горелки, бросим в них по щепотке поваренной соли, придающей пламени желтую окраску, и поставим их рядом. С помощью регулировочного винта установим расстояние между ними так, чтобы оно точно составляло нечетное число полуволн желтого света. Если все сделано достаточно аккуратно, то пламя в пространстве между горелками должно вдруг стать невидимым, хотя горелки продолжают гореть, как и раньше (рис. 21).

Рис. 21. Интерференция света от двух бунзеновских горелок. Эффект, который никому и никогда не удавалось наблюдать.

Однако, к сожалению, столь интересно задуманный опыт не удается. Еще никто не наблюдал, чтобы два обычных источника света стали невидимы благодаря интерференции. Выше мы видели, с какой огромной точностью должны накладываться друг на друга интерферирующие волны. Чтобы мы могли наблюдать это явление хотя бы в течение одной секунды, два непрерывных цуга волн должны иметь протяженность около 300 000 км, что равно расстоянию, которое свет проходит за это время. Однако протяженность обычных цугов волн не превышает двух-трех метров. Приходящий пучок света состоит из бесчисленного количества коротких обрывков волн, которые излучаются хаотически движущимися в пламени ионами; при этом не приходится и говорить о каком-то определенном значении фазы волны. Свет, который достаточно долгое время сохраняет постоянную фазу в пределах области наблюдения, называется когерентным.

Рис. 22. Ослабление отраженного луча 2 в результате интерференции с преломленным лучом 3.

Когерентный свет впервые удалось получить искусственным путем всего лишь несколько лет назад. Существует также несколько других надежных приемов для создания такого света. Обычный световой пучок расщепляется таким образом, что в каждой из бесчисленных составляющих его одиночных волн создается соответствующий сдвиг фаз. После этого обе части пучка вновь сводятся воедино, и тогда можно наблюдать явления интерференции. Особенно хорошо это удается при отражении света от тонких прозрачных пластинок, которые вследствие интерференции переливаются яркими красками.

На рис. 22 показан схематический разрез такой пластинки. Световой луч 1, длина волны которого в точности равна удвоенной толщине пластинки, падает почти отвесно на ее верхнюю грань. В точке А луч расщепляется на две части. Одна из них в этой точке отражается (луч 2), а вторая проникает в пластинку, отражается от ее нижней грани и вновь
соединяется с лучом 2 на верхней грани. <Кружный> путь, равный удвоенной величине L/2, который вынужден проделать луч 3, а также приобретенный им дополнительный фазовый сдвиг, эквивалентный введению L/2 при отражении луча 2 на верхней грани, приводят к тому, что оба луча сдвинуты относительно друг друга на L/2 и потому взаимно гасятся. Еще раз подчеркнем, что на две части разделяется отнюдь не сам световой пучок, а каждая из бесчисленных составляющих его световых волн; после их воссоединения и возникает картина интерференции.

Читать книгу: картины современной физики

p.s. При копировании материалов и фотографий активная ссылка на сайт обязательна.

Рубрикатор размещенных статей

На главную страницу

Авиатехника, Железнодорожная техника, Автотехника, Водная техника, Космическая техника, Военная техника, Сельскохозяйственная техника, Бытовая техника, Радиоэлектроника, Электрика, Энергетика, Механика, Мебель своими руками, Строительство, Ремонт, Приусадебное хозяйство, Инструменты, Полезные советы, Конструктор-конструктору, Технические статьи, Исторические хроники, Неопознанное, Из области фантастики, Полезные ссылки, Обмен ссылками, Размещение статей, рекламы
 

Смотрите также интересные ссылки:
Автохимия для авто  Мойка вагонов, разработки для железнодорожного транспорта и метрополитена  Бесконтактная мойка авто и транспорта  Средства для Ультразвука и ультразвуковых ванн   Дезинфицирующие средства