ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ

ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ

Волны, рассматриваемый параметр которых (смещение молекул, механическое напряжение, и т.д.) изменяется периодически вдоль оси распространения, называются продольными волнами. Если колебания происходят перпендикулярно оси распространения волны (как у электромагнитных волн, например), то такие волны называются поперечными.

ДЛИНА ВОЛНЫ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. ПЕРИОД ВОЛНЫ — промежуток времени, в течение которого волна пробегает путь, равный своей длине, или, иначе говоря, промежуток времени между прохождением вершин двух последовательных гребней через одну и ту же точку пространства. ВОЛНОВОЙ ФРОНТ — это поверхность, до которой дошли колебания к данному моменту времени. Волновой фронт является частным случаем волновой поверхности.

ВОЛНОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ — геометрическое место точек, испытывающих возмущение обобщенной координаты в одинаковой фазе.

ДИФРАКЦИЯ ФРАУНГОФЕРА НА ОДНОЙ ЩЕЛИ

Оптическая разность хода между крайними лучами ВМ и CN, идущими от щели под углом j к оптической оси линзы O D=CD=bsinj. Разобьем щель ВС на зоны Френеля, имеющие вид полос, параллельных ребру В щели. Ширина каждой зоны выбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна l/2. При интерференции света от каждой пары соседних зон амплитуда результирующих колебаний равна нулю, так как эти зоны вызывают колебания с одинаковыми амплитудами, но противоположными фазами. Всего на ширине щели уместится D:

l/2= bsinj/(l/2) зон. Если число зон четное, т.е. bsinj/(l / 2)=± 2m или bsinj=± ml, m=1, 2, 3, то наблюдается дифракционный минимум (темная полоса). Если число зон нечетное, т.е.

bsinj/(l / 2)= ± (2m+1) или bsinj= ± (2m+1) , m=1, 2, 3, то наблюдается дифракционный максимум (светлая полоса). В направлении j=0 наблюдается самый интенсивный центральный максимум нулевого порядка.

ДИФРАКЦИЯ ФРАУНГОФЕРА НА РЕШЁТКЕ

Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т. е. в дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей. Если ширина каждой щели равна а, а ширина непрозрачных участков между щелями b, то величина d=a+b называется постоянной (периодом) дифракционной решетки. Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально к плоскости решетки. Так как щели находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направления j одинаковы в пределах всей дифракционной решетки:

Δ =CF=(a+b)sinϕ =dsinϕ. Очевидно, что в тех направлениях, в которых ни одна из щелей не распространяет свет, он не будет распространяться и при двух щелях, т. е. прежние (главные) минимумы интенсивности будут наблюдаться в направлениях, определяемых условием asinϕ =±mλ (m=1, 2, 3, …). Вследствие взаимной интерференции световых лучей, посылаемых двумя щелями, в некоторых направлениях они будут гасить друг друга, т. е. возникнут дополнительные минимумы. Таким образом условие дополнительных минимумов: dsinϕ =±(2m+1) , (m=1, 2, 3, …). Наоборот, действие одной щели будет усиливать действие другой, если dsinϕ =±2m =±mλ, (m=1, 2, 3, …). т.е. это выражение задаёт

условие главных максимумов. таким образом, полная дифракционная картина, для двух щелей определяется из условий: asinϕ = - главные минимумы; dsinϕ = , , , … - дополнительные минимумы; dsinϕ =0, λ, 2λ, 3λ, … - главные максимумы, т. е. между двумя главными максимумами располагается один дополнительный минимум. Аналогично можно показать, что между каждыми двумя главными максимумами при трех щелях располагается два дополнительных минимума, при четырех щелях — три и т. д. Чем больше щелей N, тем большее количество световой энергии пройдет через решетку, тем больше минимумов образуется между соседними главными максимумами, тем, следовательно, более интенсивными и более острыми будут максимумы.

ФОРМУЛЫ ФРЕНЕЛЯ

Определяют амплитуды и интенсивности преломлённой и отражённой электромагнитной волны при прохождении через плоскую границу раздела двух сред с разными показателями преломления.

s-Поляризация — это поляризация света, для которой напряжённость электрического поля электромагнитной волны перпендикулярна плоскости падения.

где — угол падения, — угол преломления, — магнитная проницаемость среды, из которой падает волна, — магнитная проницаемость среды, в которую волна проходит, P — амплитуда волны, которая падает на границу раздела, Q — амплитуда отражённой волны, S — амплитуда преломлённой волны. В оптическом диапазоне частот μ = 1 с хорошей точностью и выражения упрощаются до указанных после стрелок.

p-Поляризация — поляризация света, для которой вектор напряжённости электрического поля лежит в плоскости падения.

где P, Q и S — амплитуды волны, которая падает на границу раздела, отражённой волны и преломлённой волны, соответственно, а выражения после стрелок вновь соответствуют случаю = .

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ КРИСТАЛЫ — одноосные кристаллы, в которых скорость распространения обыкновенного луча света меньше, чем скорость распространения необыкновенного луча. ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ КРИСТАЛЫ — одноосные кристаллы, в которых скорость распространения обыкновенного луча света больше, чем скорость распространения необыкновенного луча.
ПОСТРОЕНИЕ ГЮЙГЕНСА

Каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, может рассматриваться как центр соответствующих вторичных волн. Для определения волнового фронта распространяющейся волны в последующие моменты времени следует построить огибающую этих вторичных волн.

За время, в течение которого правый край фронта AB достигает точки D на поверхности кристалла, вокруг каждой из точек на поверхности кристалла между A и D возникают две волновые поверхности - сферическая и эллипсоидальная. Для нахождения фронтов обыкновенной и необыкновенной волн проводим касательные к сфере и эллипсоиду. Линии, соединяющие точку A с точками касания сферической и эллипсоидальной поверхностей с этими касательными дают соответственно необыкновенный и обыкновенный лучи. Так как главное сечение кристалла в данном случае совпадает с плоскостью рисунка, то электрический вектор колеблется перпендикулярно

этой плоскости, а электрический вектор необыкновенного луча колеблется в плоскости рисунка. Из построения можно сделать очевидные заключения: 1) В кристалле происходит двойное лучепреломление. Построения Гюйгенса позволяет определить направления распространения обыкновенного и необыкновенного лучей. 2) Направление необыкновенного луча и направление нормали к соответствующему волновому фронту не совпадают.

ЭФФЕКТ КЕРРА

— оптическая анизотропия веществ под действием электрического поля — объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по разным направлениям. Это явление практически безынерционно, т. е. время перехода вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) составляет приблизительно с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах (звукозапись, воспроизводство звука, скоростная фото- и киносъемка, изучение скорости распространения света и т. д.), в оптической локации, в оптической телефонии и т. д.

Естественной оптической активностью называется способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через нее линейно поляризованного света. Такие среды получили название оптически активных.

Искусственная (наведенная) оптическая активность возникает в магнитном поле (эффект Фарадея). Знак вращения в эффекте Фарадея зависит как от магнитных свойств среды, так и от того, вдоль поля или против него распространяется излучение. Это связано с особым характером магнитного поля. Если линейно-поляризованный свет, прошедший через слой вещества с естественной оптической активностью, отражается и проходит через тот же слой в обратном направлении, восстанавливается исходная поляризация, тогда как в среде с наведённой оптической активностью в аналогичном опыте угол поворота удвоится.

ДИСПЕРСИЕЙ СВЕТА называют зависимость показателя преломления n от длины волны (или от частоты). Дисперсия света при преломлении обусловлена зависимостью показателя преломления n среды от частоты w света; в прозрачном веществе наблюдается увеличение n с ростом w ( нормальная дисперсия ), возможно и уменьшение n с увеличением w ( аномальная дисперсия ).

ЗАКОН РЭЛЕЯ

гласит, что интенсивность рассеиваемого средой света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны падающего света в случае, когда среда состоит из частиц-диэлектриков, размеры которых много меньше длины волны.

ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Закон Кирхгофа. Отношение спектральной плотности к поглощающей способности не зависит от природы тела, а является абсолютно универсальной функцией температуры.

Для чёрного: А=1 => Для серого: А≠ 1 =>

Закон Стефана-Больцмана. ; δ =5, 67· .

Закон смещения Вина.

; ɓ =0, 29· .

УЛЬТРАФИОЛЕТАВАЯ КАТАСТРОФА — физический термин, описывающий парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность мощности излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны.

КВАНТОВАЯ ГИПОТЕЗА ПЛАНКА — при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию ε, пропорциональной частоте ν излучения: , где h или — коэффициент пропорциональности, названный впоследствии постоянной Планка.

ОПТИЧЕСКАЯ ПИРОМЕТРИЯ - совокупность методов определения высоких температур, основанных на измерении интенсивности излучения света нагретым телом. Методы пирометрии оптической не требуют непосредственного контакта аппаратуры с исследуемым телом, позволяют измерять высокие температуры, температуры удаленных тел.

СХЕМА НАБЛЮДЕНИЯ ФОТОЭФЕКТА

Законы:

1) Число вырываемых из вещества катода электронов обратно пропорциональна длинне волны света.

2) Максимальная скорость электронов также обратно пропорциональна длине волны.

3) Для каждого вещества существует максимальная длина волны для которой возможен фотоэфект.

ВАХ ФОТОЭФЕКТА

Зависимость силы фототока от приложенного напряжения между электродами (при неизменном световом потоке);

УРАВНЕНИЕ ЭЙЩТЕЙНА

Если энергия фотона равна или превышает работу выхода, то электрон вылетает из металла. При этом часть энергии фотона тратится на совершение работы выхода , а остальная часть переходит в кинетическую энергию фотоэлектрона: , — уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

ОПЫТ МИЛЛИКЕНА

Экспериментальная установка представляет собой большой и емкий плоский конденсатор из двух металлических пластин с камерой между ними. Этот опыт крайне трудоёмок. С помощью этого опыта удалось определить заряд электрона: он приблизительно равен кулонов.

ОПЫТ БОТЭ

В этом опыте тонкая металлическая фольга Ф освещалась рентгеновскими лучами малой интенсивности, вызывающими в фольге слабую рентгеновскую флюоресценцию. Рентгеновское излучение от фольги попадало на два счетчика ионизирующего излучения Сч1 и Сч2 (счетчики Гейгера). Чувствительность таких счетчиков настолько велика, что они могут регистрировать отдельные рентгеновские кванты. Срабатывая, счетчики приводили в действие механизмы самописцев М1 и М2, делающие отметки на движущейся ленте Л. В результате получено, что отметки на ленте от двух самописцев, связанные с моментами попадания в счетчики рентгеновских квантов, абсолютно случайны. Этот факт можно было объяснить лишь беспорядочным попаданием рентгеновских квантов, рассеиваемых фольгой то в одном, то в другом направлении, тогда как согласно волновым представлениям излучение от источника должно распространяться равномерно во все стороны.

ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОЭФФЕКТА

На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов, получивших разнообразное применение в различных областях науки и техники. В настоящее время практически невозможно указать отрасли производства, где бы не использовались фотоэлементы — приемники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую (вакуумный фотоэлемент, фотоэлектронные умножители, фотосопротивления, вентильные фотоэлементы).

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛАЗЕРА

1) Активная среда — среда в неравновесном состоянии.

2) Система накачки — процесс создания неравновесного состояния вещества.

3) Оптический резонатор — совокупность нескольких отражающих элементов.

РУБИНОВЫЙ ЛАЗЕР

Твёрдотелый лазер. Активный элемент изготовлен из кристалла розового рубина с содержанием хрома около 0, 05%. Длина волны: 694, 3 нм. Источник накачки — импульсная лампа. Применение: голография, удаление татуировок.

ГЕЛИЙ-НЕОНОВЫЙ ЛАЗЕР

Газовый лазер. Активной средой является смесь гелия и неона. Источник накачки — электрический разряд.

Применение: интерферометрия, голография, спектроскопия, считывание штрих-кодов, демонстрация оптических эффектов.

ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ

Волны, рассматриваемый параметр которых (смещение молекул, механическое напряжение, и т.д.) изменяется периодически вдоль оси распространения, называются продольными волнами. Если колебания происходят перпендикулярно оси распространения волны (как у электромагнитных волн, например), то такие волны называются поперечными.

ДЛИНА ВОЛНЫ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. ПЕРИОД ВОЛНЫ — промежуток времени, в течение которого волна пробегает путь, равный своей длине, или, иначе говоря, промежуток времени между прохождением вершин двух последовательных гребней через одну и ту же точку пространства. ВОЛНОВОЙ ФРОНТ — это поверхность, до которой дошли колебания к данному моменту времени. Волновой фронт является частным случаем волновой поверхности.

ВОЛНОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ — геометрическое место точек, испытывающих возмущение обобщенной координаты в одинаковой фазе.

123456Следующая ⇒

Поделиться: