- •1 Питання
- •2 Питання
- •3 Питання
- •1 Питання Гравітаційне поле
- •Закон всесвітнього тяжіння
- •Дослід Кавендіша:
- •Маса тіла
- •2 Питання
- •3 Питання
- •1 Питання Релятивістська механіка
- •Поступати Ейнштейна
- •Перетворення Лоренца
- •Релятивістська форма 2 закону Ньютона
- •2 Питання
- •3 Питання
- •1 Питання Енергетичні та світлові величини.
- •Закони фотометрії
- •2 Питання
- •3 Питання
- •1 Питання Кристалічні тіла
- •Класифікація кристалів за типом зв’язків.
- •Аморфні тіла
- •Теплоємність кристалів.
- •Рідкі кристали.
- •2 Питання
- •3 Питання
21 білет
1 Питання
Хвильова оптика вивчає сукупність явищ, у яких виявляється хвильова природа світла (інтерференція, дифракція, дисперсія, поляризація).
Джерела, які випромінюють хвилі однакової частоти із сталою різницею фаз, називаються когерентними. Від них можна одержати стабільну, достатню для спостереження, інтерференцію хвиль.
Природні джерела світла некогерентні. Кожне з них складається з величезної кількості незалежних елементарних випромінювачів, якими є атоми і молекули. Атоми і молекули в дуже нагрітих тілах збуджуються за рахунок енергії теплового руху. Збуджені атоми і молекули випромінюють надлишок енергії у вигляді світла. Тривалість світіння атома або молекули . Такою короткочасною в будь-якій точці буде інтерференція світла. Далі випромінювач може послати хвилю іншої частоти або в іншій фазі.
Для одержання когерентних хвиль світла вдаються до штучних способів, а саме: від одного джерела світла хвилю роздвоюють і спрямовують по двох різних шляхах, після чого, досягаючи одних і тих самих точок, вони інтерферують. Для роздвоєння світлової хвилі широко використовуються явища відбивання і заломлення світла.
Когерентні світлові хвилі добувають, поділяючи за допомогою якого-небудь пристрою хвилю, що йде від одного джерела світла, на дві. Якщо ці хвилі пройдуть різні шляхи, а потім знову будуть зведені і накладені одна на одну, то вони прийдуть у точку зустрічі з якоюсь певною різницею фаз . Ця різниця фаз пов'язана з різницею ходу двох інтерферуючих променів наступною формулою: , де λ- довжина світлової хвилі.
Сформулюємо умову виникнення інтерференційного максимуму: якщо різниця ходу ∆ двох когерентних хвиль, що прийшли в точку спостереження, дорівнює парному числу напівхвиль або цілому числу довжин хвиль, амплітуда світлових коливань буде максимальною:
(k=0,1,2,…), k - порядок максимуму; λ – довжина хвилі.
Умова виникнення інтерференційного мінімуму: інтерференційний мінімум в деякій точці простору виникає тоді, коли різниця ходу ∆ двох когерентних хвиль, що прийшли в дану точку, дорівнює непарному числу напівхвиль: .
Інтерференцією називають накладання когерентних хвиль, при якому вони стабільно підсилюються або ослаблюються. Когерентні хвилі — це хвилі однакової частоти, стабільної різниці фаз (в точці накладання) та однакового напряму коливань відповідних векторів.
Інтерференція світла є наслідком прояву його хвильових властивостей. Світло — це електромагнітні хвилі дуже короткої довжини. В електромагнітній хвилі в двох взаємно перпендикулярних напрямах періодично змінюються вектор напруженості електричного поля і вектор напруженості магнітного поля. Проте дія світла на речовину визначається переважно впливом його електричного поля. Пояснюється це тим, що атоми і молекули речовини складаються з електрично заряджених ядер, іонів і електронів; останні зазнають зміщень внаслідок дії електричного поля світлової хвилі. Магнітне поле світлової хвилі може істотно проявлятися лише тоді, коли атом або молекула мають значний магнітний момент. Вектор напруженості електричного поля хвилі називають світловим вектором.
Застосування. Явище інтерференції в тонких плівках використовується в ряді приладів як чуттєвіший метод, дозволяючий судити про нікчемні зміни товщини якої-небудь повітряного прошарку. Інтерференційні явища використовуються для дуже точного визначення кутів. Інтерферометри – прилади, в яких явище інтерференції використовується для визначення довжини світлової хвилі, показника заломлення речовини, точних вимірювань довжини, для контролю якості обробки поверхні тощо (Інтерферометри:1) Майкельсона,2) Лінника.).
Дифракція - огинання хвилями перешкод - властива будь-якому хвильовому руху, отже, вона властива й світлу. Дифракція світла - це явище непрямолінійного поширення світла, огинання ним перешкод і заходу хвиль за "межу тіні". Явище дифракції вказує на порушення законів геометричної оптики.
Принцип Гюйгенса – Френеля. Явище дифракції можна пояснити за допомогою методу, запропонованого Френелем {принцип Гюйгенса - Френеля).
Згідно з принципом Гюйгенса, кожну точку фронту хвилі можна розглядати як самостійне джерело коливань (джерело вторинних хвиль). Френель доповнив цей принцип, висловивши припущення, що усі джерела вторинних хвиль когерентні і тому можуть інтерферувати в будь-якій точці простору, внаслідок чого елементарні вторинні хвилі можуть гасити або підсилювати одна одну. Отже, за принципом Гюйгенса – Френеля, дифракція виникає внаслідок інтерференції вторинних хвиль.
На мал. наведені дифракційні картини, які О. Френель дістав, вивчаючи дифракцію світла: а) від дротини; б) від круглого непрозорого диска; в) від круглого отвору.
Дифракційна решітка. Для спостереження чітких дифракційних картин застосовують дифракційні решітки. Дифракційна решітна - це сукупність великої кількості вузьких щілин, розділених вузькими непрозорими проміжками шириною b. Якщо ширина прозорих щілин а, ширина непрозорих проміжків b, то величина d=a+b називається сталою решітки або її періодом.
Період решітки d пов'язаний з числом штрихів N0, нанесених на одиницю довжини решітки формулою: d=1/N0.
Звичайна дифракційна решітка - це добре відполіроване скло, на якому алмазом нанесені тонкі штрихи. Світло проходить між штрихами і не проходить крізь штрихи. У решіток високої якості кількість штрихів досягає кількох тисяч на 1 мм.
За допомогою дифракційної решітки можна дуже точно визначити довжину світлової хвилі.
Метод реєстрації фази і її відновлення називається голографією. В переводі з грецького «голографія» означає «повний запис», тобто в назві підчеркнута можливість реєстрації вичерпних відомостей про хвильове поле на поверхності приймача світла. Фотопластинка, на якій зафіксована інтерференційна картина (в вигляді почорнінь), називається голограмою.