ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Природа и свойства света из "Спектральный анализ" Зрение одно из самых важных органов чувств человека и естественно, что свойства света и его природа с древнейших времен интересовали людей. Не имея возможности рассмотреть структуру самого света непосредственно или с помощью каких-либо приборов, ученым приходится выяснять природу и строение света на основании подробного изучения его свойств. Вспомним, что нам известно о свете из курса оптики. [c.13] Способность света распространяться прямолинейно в однородной прозрачной среде (или в пустоте) была известна еще в древности. Происхождение самого понятия прямая линия тесно связано с лучом света. При построении изображения предметов в оптических приборах широко пользуются представлением о световом луче. Оно является основным в геометрической оптике. [c.13] Эти свойства легко объяснить, если предположить, что свет состоит из отдельных микроскопических частиц — корпускул . Прямолинейное распространение света соответствует движению частиц в отсутствие внешних сил, а отражение происходит так же, как соударение упругих шариков с плоской поверхностью. Легко получить и закон преломления, если предположить, что среда с большим показателем преломления сильнее притягивает корпускулы света (рис. 4, б). Тогда при падении света на поверхность раздела двух сред составляющая скорости корпускул, направленная вдоль поверхности раздела, останется неизменной. Перпендикулярная же составляющая изменится увеличится или уменьшится в зависимости от того, какая из сред сильнее притягивает корпускулы. В результате направление распространения света изменится при переходе из одной среды в другую. Различные цвета объяснялись по корпускулярной теории просто различием в величине корпускул. Однако, несмотря на огромный авторитет Ньютона, предложившего корпускулярную теорию, от нее пришлось отказаться, так как были открыты явления, которые никак нельзя было объяснить с помощью корпускул, движущихся по законам механики. [c.14] в течение которого происходит полный цикл изменения напряженности поля в одной точке пространства, называется периодом колебания Т и измеряется в секундах. После окончания одного периода весь процесс в точности повторяется в течение каждого следующего периода. [c.15] Напряженность поля в любой момент времени зависит от фазы ф колебания, т. е. от того, какая часть периода прошла от начала колебаний. Например, если от момента возникновения колебаний прошло время, равное /4 Т, то напряженность поля будет максимальной. [c.15] Фаза колебаний — величина безразмерная. [c.15] Для того чтобы найти фазу, необходимо все время, прошедшее от момента возникновения колебаний, разделить на Т. Целое число в частном соответствует числу ПОЛНЫХ колебаний, а Дробный остаток дает фазу колебаний в данный момент. Если весь период считать равным 360° или 2 радиан, то фаза также будет измеряться в градусах или радианах. Фаза, соответствующая началу периода, равна 0 для ф = 90 или 1г/2 для Т Ф = 180° или -п и т. д. [c.15] Особый интерес представляет не сама фаза колебаний в данный момент, а разность фаз двух волн, пришедших в одну и ту же точку пространства. Если разность фаз равна нулю, т. е. фазы этих волн в любой момент времени равны друг другу, то напряженности полей складываются, что приводит к увеличению амплитуды колебаний (рис. 6). При наличии некоторой разности фаз происходит частичное взаимное гашение полей, которое при разности фаз 180 приводит к полному прекраш,ению колебаний. [c.16] Разность фаз и интерференция света возникают в результате того, что колебания, прежде чем достигнут одной и той же точки пространства, про.ходят разный путь. [c.16] Электромагнитные волны распространяются с определенной скоростью, скоростью света с 300 ООО/ш/сб/с = 3-10 см сек. Поэтому пока колебания от одной точки среды распространяются до другой точки, происходит некоторое время, в течение которого фаза колебаний в первой точке успевает измениться. [c.16] Следовательно, в один и тот же момент времени фаза колебаний (и напряженность поля) для разных точек пространства будет разной (см. рис. 5, б). Таким образом, напряженность поля периодически меняется как со временем в каждой точке пространства, так и при переходе от одной точки пространства к другой в один и тот же момент времени. [c.16] Расстояние между двумя ближайшими точками, поле которых меняется одинаково (в одной фазе), называется длиной волны Я. [c.16] Световые колебания разной длины волны (или частоты) воспринимаются глазом как различные цвета. [c.17] Дифракция. Любой реальный источник света имеет определенные размеры, но если рассматривать распространение света на расстоянии, во много раз гтревышающем эти размеры, то источник можно считать точечным. Например, несмотря на очень большие размеры звезд, расстояние от них до Земли столь велико, что можно с полным правом считать любую звезду точечным источником света. В то же время, изучая распространение света вблизи обычной электрической лампы, нельзя рассматривать ее как точечный источник света. В таких случаях можно реальный источник условно разделить на большое число более мелких и считать каждый из них точечным. [c.17] Поместим точечный источник света в центр сферы. Световые волны проходят одинаковый путь от источника света до любой точки сферы, поэтому колебания во всех точках ее поверхности имеют в каждый момент времени одинаковую фазу. Небольшой участок поверхности сферы мож ю приближенно считать плоским. Чем больше расстояние от источника света, тем более справедливым становится такое допущение. Фронт распространяющейся световой волны можно считать все более плоским по мере удаления от источника. Все точки фронта колеблются в одинаковой фазе. Распространение света (направление луча) всегда перпендикулярно фронту волны. [c.17] Поставим на пути света непрозрачный экран с узкой прямоугольной целью (рис. 7). Посмотрим, как будет распространяться свет за экраном. Фронт световой волны достигает всех точек экрана одновременно. Следовательно, фаза колебаний всех точек в плоскости щели будет одинакова (рис. 8, а). Эти колебания являются единственным источником вторичных волн за экраном. [c.17] Таким образом, вследствие дифракции свет за щелью распространяется не только в направлении / , но и в другом направлении. Интенсивность его мала для углов 0, близких к 6д. [c.19] За первым минимумом под углом о при больших углах лежит еще ряд максимумов и минимумов. Пользуясь подобными рассуждениями, можно найти углы, под которыми видны эти максимумы и минимумы. Интенсивность их очень мала и основной световой пучок заключен между углами 0(, и —Од симметрично по отношению к направлению К. [c.19] Величину дифракции обычно характеризуют углом, внутри которого заключен основной световой поток, т. е. углом 26 . [c.19] Дифракцию легко наблюдать, рассматривая невооруженным глазом электрическую лампочку или любой другой источник света через узкую щель, например, от спектрографа. Уменьшая ширину щели, можно наблюдать расплывание источника (увеличение главного дифракционного максимума) и появление большого количества других дифракционных максимумов, гораздо меньшей интенсивности, чем главный. [c.19] Вернуться к основной статье