Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

У § 189 було розглянуто питання про дію сили на електрон з боку елек-

тричного і магнітного полів і показано, що магнітні сили порівняно з елек-
тричними дуже малі. Тому, говорячи далі про коливання у світловому 

промені, ми завжди розумітимемо під ним коливання вектора Е. 

Електромагнітні хвилі, які випромінює світне тіло, складаються з 

окремих хвиль, що випромінюються його атомами (елементарними вібра-
торами). Внаслідок того що атоми безперервно змінюють свою просторо-
ву орієнтацію, напрям коливань вектора Е результуючої світлової хвилі 
безперервно змінюється. 

Якщо у світловій хвилі вектор Е коливається в різних напрямах у пло-

щині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі, то світло назива-
ють природним (рис, 21.22, а). 

Світлові коливання, як і будь-які коливання, що відбуваються в одній 

площині, можна розкласти за правилом паралелограма на два коливання, які 
відбуваються у двох взаємно перпендикулярних площинах. Отже, природ-

ний промінь світла ми можемо уявити як промінь, в якому коливання відбу-

ваються у двох взаємно перпендикулярних напрямах, наприклад у площині 
рисунка, яку вважаємо такою, що збігається з площиною падіння (коливання 
позначають крапками). На рис,, 21.22,

 б

 промінь природного світла умовно 

зображено як пряму, на якій розміщена однакова кількість рисочок і крапок. 

Якщо вектор

 Е

 коливається тільки в одному напрямі перпендикуляр-

ному до променя, то світло називають плоскополяризованим

. Пряма з 

рисочками (рис. 21.22,

 в)

 або крапками (рис. 21.22,

 г)

 зображує промінь 

плоскополяризованого світла. Частково поляризований промінь світла 
зображено на рис. 21.22, д, е. 

Площину

 А,

 яка проходить через напрям коливань вектора Е і промінь 

(рис. 21.23), називають

 площиною коливань. 

Площину М, яка проходить через промінь і перпендикулярна до на-

пряму коливань вектора Е, тобто площину, в якій коливається вектор В, 
називають

 площиною поляризації.

 Площини коливань і поляризації зав-

жди взаємно перпендикулярні. 

г 

Рис. 21.22 

Рис. 21.23 

490 

Поляризація світла при його відбиванні і заломленні 

Поляризоване світло можна добути при його відбиванні і за-

ломленні від межі поділу двох діелектриків. Якщо кут падіння світла за 

межу поділу двох діелектриків не дорівнює нулю, то відбитий і заломле-
ний промені будуть частково поляризованими (рис. 21.24, о). У відбитому 
промені переважають коливання, перпендикулярні до площини падіння, у 

заломленому промені - коливання, 

паралельні площині падіння. Якщо 
кут падіння задовольняє умову 

і

  8

І

б

= / І , (21.18) 

де п - відносний показник залом-
лення двох середовищ, то відбитий 

промінь буде поляризований пов-
ністю (рис. 21.24, б), а заломлений -

тільки частково. Співвідношення 
(21.18) називають

 законом Брюстера

, кут г

Б

 -

 кутом Брюстера

 або кутом 

повної поляризації. Із закону Брюстера і закону заломлення зіп

 і

Б

 і

 зіп (3 = я 

випливає, що при падінні променя на діелектрик під кутом повної поляриза-
ції промінь відбитий і промінь заломлений взаємно перпендикулярні. 

§ 201. Подвійне променезаломлення. Поляроїди 

Подвійне променезаломлення 

Як було зазначено раніше, у природі є анізотропні речовини, 

оптичні властивості яких у різних напрямах різні. До таких матеріалів мо-

жна віднести, наприклад, кристали ісландського шпату і кварцу. У при-
родному промені вектор Е коливається в усіх напрямах, а оскільки власти-
вості кристала в різних напрямах різні, то вектор напруженості електрич-
ного поля в різних площинах коливається неоднаково, виникають ніби 
промені з різним значенням Е - на межі поділу двох середовищ вони зало-

млюються по-різному. Це означає, що коливання, які відбуваються в двох 
взаємно перпендикулярних площинах, що характеризуються двома компо-
нентами вектора напруженості електричного поля

 (Е

х

 і Е

у

), фактично 

мають різні показники заломлення. При цьому спостерігається роздвоєння 
променя, або подвійне променезаломлення: природне світло, увійшовши в 
кристал ісландського шпату, роздвоюється на два промені, які поляризова-
ні у взаємно перпендикулярних площинах. Для одного з променів викону-

Рис. 21,24 

491 

ються закони заломлення, і тому цей промінь називають

 звичайним

, для 

другого - не виконуються, і промінь називають

 незвичайним. 

Напрями, вздовж яких подвійного променезаломлення немає і обидва 

промені (звичайний і незвичайний) поширюються з однаковою швид-
кістю, називають

 оптичними осями кристала.

 Якщо такий напрям один, то 

кристали називають

 одновісними.

 Площину, яка проходить через падаючий 

промінь і оптичну вісь кристала, називають

 головним перерізом кристала. 

Промені звичайні і незвичайні є одночасно променями поляризованими; 

звичайний промінь поляризований у площині головного перерізу, а незви-
чайний - у площині, перпендикулярній до площини головного перерізу. 

Призма Ніколи 

Двозаломні кристали безпосередньо не використовують як 

поляризатори, оскільки пучки звичайних і незвичайних променів вихо-
дять з кристала під дуже малим кутом один до одного або навіть перекри-
ваються. Щоб "розвести" ці промені, користуються різними поляризованими 
призмами. Найбільш поширена

 призма Ніколя

, або

 ніколь.

 Вона складається 

з кристала ісландського шпату, який має форму паралелепіпеда (рис. 21.25). 
Кристал розрізують похило по площині

 ВЕВР

 на дві частини, а потім 

склеюють канадським бальзамом. Показник заломлення канадського баль-
заму 1,549. Показник заломлення ісландського шпату для звичайних про-
менів 1,658. Для незвичайних променів показники заломлення ісландсь-
кого шпату різні для різних напрямів: для променів, які йдуть паралельно 
довгим ребрам призми, він дорівнює 1,515. 

Нехай природний промінь падає на нижню грань призми (рис. 21.26) у 

площині головного перерізу (площині рисунка) під таким кутом, що залом-
лені промені, роздвоївшись, ідуть майже паралельно ребрам. Незвичайний 
промінь, дійшовши до шару канадського бальзаму, входить у нього як у се-
редовище, що більш заломлює, і продовжує шлях, не відхиляючись, оскіль-
ки шар канадського бальзаму дуже тонкий. Звичайний промінь зустрічає 

8 

Рис. 21.25 

ти промінь 

Рис. 21.26 

492 

шар бальзаму як середовище, яке менш заломлює, і, оскільки кут його падін-
ня більший від граничного кута, зазнає повного відбивання і поглинається 
зачорненою гранню призми. З призми виходить один тільки незвичайний 
промінь. Напрям коливань вектора Е показано на рис. 21.26. 

Поляроїди 

Використавши дихроїзм таких двозаломних кристалів, як, на-

приклад, герапатит, виготовляють поляризаційні світлофільтри (поляроїди). 

[Де - целулоїдна плівка, вкрита тонким шаром відповідно орієнтованих 
кристалів герапатиту. Ці плівки поводять себе як пластинки, вирізані з 

кристала турмаліну: в них відбувається подвійне променезаломлення і, як 
і в пластинці турмаліну, один з поляризованих променів поглинається в 

самому герапатиті, а другий виходить назовні. 

Такі пристрої, як поляроїди і призми, можуть працювати як поляриза-

тори і аналізатори. Дослід показує, що деякі кристали і розчини органіч-

них сполук, якщо через них проходить поляризований промінь, поверта-
ють площину його поляризації, причому кут повороту площини коливань 
вектора Е пропорційний шляху, пройденому світлом у цій речовині. Ре-
човини, які обертають площину поляризації, називають

 оптично актив-

ними.

 До них належать кварц, розчин цукру у воді тощо. 

Явище поляризації широко використовують у народному господарст-

ві. Його застосовують для визначення концентрації розчинів оптично ак-

тивних речовин, для визначення місць пружних напруг, які виникають 

внаслідок механічних навантажень, під час вивчення процесів, які швид-
ко відбуваються, таких, наприклад, як звукозапис і відтворення звуку. 

§ 202. Дисперсія світла 

Дисперсія світла 

Якщо пропустити пучок білого світла через скляну призму, 

то на екрані виникне смужка, забарвлення якої безперервно змінюється; її 

називають призматичним або дисперсним спектром (рис. 21.27). Розклад 

білого світла в спектр у процесі 

проходження через призму - прояв 

дисперсії. 

Дисперсією називають залеж-

ність від довжини хвилі швидкості 
І аітла в речовині, тобто показника 

шломлення речовини.

 Рис.

 21.27 

493 

Чому біле світло, проходячи через призму, розкладається у спектр? 

З точки зору хвильової теорії всякий коливальний процес можна харак-
теризувати частотою коливань, амплітудою і фазою. Амплітуда коливань 
(точніше, її квадрат) визначає енергію коливань. Фаза відіграє основну роль 
у явищах інтерференції. Колір усіх променів пов'язаний з довжиною хвилі. 

Дисперсія світла характерна для всіх середовищ, крім вакууму. 

У вакуумі швидкість поширення електромагнітних хвиль будь-якої дов-

жини однакова |3-10

8

 м/с], а в речовині залежить від довжини хвилі. Тому від-

різняються і показники заломлення

 п = С/У

 для різних хвиль, які входять до 

складу білого світла. Проходячи через призму, складові частини білого про-
меня зазнають різного заломлення і виходять розбіжним кольоровим пучком. 

Явище дисперсії світла можна спостерігати не тільки в процесі проход-

ження світла через призму, а й у багатьох інших випадках. Так, наприк-
лад, заломлення сонячного світла у водяних краплях, які утворюються в 

атмосфері, супроводиться розкладом 
його на кольорові промені; цим по-
яснюється утворення райдуги. 

Дисперсію називають нормаль-

ною, якщо показник заломчення зро-
стає із зменшенням довжини хвилі 

При порівнянні спектрів, утво-

рених за допомогою призм з одна-
ковими заломленими кутами, але 

виготовлених з різних речовин, установлено, що кольорові промені не 
тільки відхилені на різні кути, що зумовлено різними значеннями

 п

 для 

тієї самої X , а й їх спектри розтягнуті на більшу чи меншу довжину через 
відмінності в значенні дисперсії для різних речовин. 

Розклад кольорів 

Перші експериментальні дослідження дисперсії світла належать 

Ньютону, який показав, що біле світло складається з семи кольорів: червоного, 
оранжевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового. Збираючи 

лінзою в одне місце кольорові промені, які вийшли з призми, Ньютон 
дістав на екрані замість забарвленої білу смужку. Отже, при сполученні 
кольорових променів спектра утворюється біле світло. Біле світло можна 
дістати при змішуванні двох (або більше) кольорів. Такі кольори називають 

доповняльними. 

Прикладом доповняльних кольорів є жовті і сині промені. Змішуючи в 

різній пропорції випромінювання трьох основних кольорів, якими є чер-
воний, зелений і фіолетовий, можна дістати будь-яке забарвлення променів. 

Значення коефіцієнтів заломлення

 п

 різних 

речовин залежно від довжини хвилі X 

X, мкм 

п 

X, мкм 

флюорит 

кварц 

кам'яна сіль 

0,2 

1,5 

1,65 

1,75 

1,6 

1,43 

1,53 

1,53 

3,2 

1,41 

1,47 

1,51 

494