ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 374
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Доля отраженной световой энергии зависит от оптических свойств граничащих между собой сред и от угла падения. Если, например, свет падает на стеклянную пластинку перпендикулярно к ее поверхности (угол падения равен нулю), то отражается всего только около 5% световой энергии, а 95% проходит через границу раздела. При увеличении угла падения доля
Таблица 4. Доля отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность стекла
*) Так как при малых углах sin (угол выражен в радианах), то sinii, sinrr, а следовательно, n=sini/sinri/r(причем углы в последнем отношении могут быть выражены ив градусах, ибо отношение однородных величин не зависит от выбора единицы измерения их).
отраженной энергии возрастает. В табл. 4 приводится в качестве примера доля отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность, разграничивающую воздух и стекло (n=1,555). В табл. 5 приводятся аналогичные данные для поверхности раздела воздух— вода (n=1,333).
Таблица 5. Доля отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность воды
В заключение мы должны сделать оговорку, что закон отражения и закон преломления справедливы только в том случае, если поверхность раздела по своим размерам значительно превосходит длину волны света. Маленькое зеркало, например, действует как маленькое отверстие, с той только разницей, что оно еще изменяет направление падающих на него лучей. Если зеркало имеет размеры, меньшие 0,01 мм, то, так же как при прохождении света через очень малые отверстия, начинают уже заметно сказываться волновые свойства света. В этом случае узкий пучок, отражаясь, расширяется и притом тем значительнее, чем меньше размер зеркала. То же справедливо и по отношению к преломленному пучку. Разъяснение этих явлений будет дано в главе одифракции света.
Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.
Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора. такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.
Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:
у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,
у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.
Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.
Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.
Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.
По аналогии с дисперсией света, также дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии, применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число, применяется не только к электромагнитной волне, но к любому волновому процессу.
Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая).
Дисперсия является причиной хроматических аберраций — одних из аберраций оптических систем, в том числе фотографических и видео-объективов.
Коши пришел к формуле, выражающей зависимость показателя преломления от длины волны:
…,где:
L — длина волны в вакууме;
a, b, c, … — постоянные, значения которых для каждого вещества должны быть определены в опыте. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы Коши.
Дисперсия света в природе и искусстве
Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета света.
Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, — один из ключевых образов культуры и искусства.
Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметах или материалах.
В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.
Разложение света в спектр (вследствие дисперсии) при преломлении в призме - довольно распространенная тема в изобразительном искусстве. Например, на обложке альбома Dark Side Of The Moon группы Pink Floyd изображено преломление света в призме с разложением в спектр.
37. Интерференция света. Дифракция света.
Геометрическая и физическая оптика. Изложенное во втором разделе книги показывает, что можно получить вполне удовлетворительное решение обширного круга вопросов практической оптики, не пользуясь волновыми представлениями о свете. Для этой цели было введено понятие светового луча как линии, указывающей направление распространения световой энергии. Далее, были установлены геометрические правила относительно изменения направления этих лучей при отражении и преломлении света. Пользуясь этими правилами, мы на протяжении глав X, XI и XII разобрали многочисленные и важные задачи практической оптики. Все вопросы, которые могут быть удовлетворительно решены геометрическим путем, составляют содержание геометрической, или лучевой, оптики.
Однако даже при рассмотрении этих проблем возникают важные вопросы, касающиеся разрешающей силы оптических приборов, на которые метод геометрической оптики не может дать нужного ответа. Кроме того, существует обширный класс оптических проблем, относящихся главным образом к вопросам взаимодействия света и вещества, для понимания которых надо составить более глубокое представление о природе света. Все эти вопросы составляют содержание так называемой
физической оптики, с основами которой мы и познакомимся в этой части.
§ 124. Опытное осуществление интерференции света. Описанные в § 66 явления цветов тонких пленок представляют собой один из наиболее распространенных и легко наблюдаемых случаев интерференции света. Однако условия возникновения интерференционной картины в этом случае значительно отличаются от условий, при которых наблюдается интерференция волн на поверхности воды (см. §44). В случае волн на поверхности воды мы имели два источника волн (два острия), в случае же интерференции в тонких пленках налицо был только один источник света. Возникают вопросы, откуда в этом случае берутся две взаимодействующие волны, а также можно ли осуществить интерференцию света, заставляя взаимодействовать световые волны, посылаемые двумя различными источниками, например двумя лампочками накаливания или двумя участками раскаленного тела. Ответ на последний вопрос дает повседневный опыт. Мы хорошо знаем, что при освещении одного и того же участка светом различных источников интерференционные явления не наблюдаются. Если в комнате горят две лампочки, то во всей освещенной области свет одного источника усиливает освещение, даваемое другим, добавление второго источника не ведет к образованию максимумов и минимумов освещенности.
Причина этого лежит в том, что для получения устойчивой интерференционной картины, необходимо, как указывалось в § 44, обеспечить когерентность, или согласование, двух систем волн. Источники должны испускать когерентные волны, т. е. волны, обладающие одним периодом и неизменной разностью фаз на протяжении времени, достаточного для наблюдения. Все наши способы наблюдения (глаз, фотопластинка и т. д.) требуют сравнительно длительных промежутков времени, измеряемых тысячными и более долями секунды. В независимых же источниках свет испускают различные атомы, условия излучения которых быстро и беспорядочно меняются. В настоящее время мы имеем ряд данных, которые позволяют считать, что такие изменения происходят в лучшем случае примерно через 10-8 с, а обычно гораздо быстрее. Таким образом, интерференционная картина, получаемая от независимых источников, сохраняется неизменной очень короткое время, а затем сменяется другой, с иным расположением максимумов и минимумов. Так как время, необходимое для наблюдения, измеряется, как сказано, тысячными и более долями секунды, то за это время интерференционные картины успеют смениться миллионы раз. Мы наблюдаем результат наложения этих картин. Понятно, что такое наложение размывает картину, не оставляя никаких следов интерференционных максимумов и минимумов. Таким образом, становится понятным, почему при наблюдении действия двух независимых некогерентных источников света мы не обнаруживаем интерференции. Однако от двух разных