Феноменот е објаснет од гледна точка на брановата теорија на светлината. Структурирани извори на светлина

Пречки во бранови. Кохерентни бранови. Разликата помеѓу двата бранови. Услови за максимални и минимуми на пречки

Максимални и минимални услови за пречки

Тема 9. Теорија на бранови на светлината. Интерференција на светлина. метод на Јанг

Мешањебранови е феномен на засилување на осцилациите во некои точки во просторот и слабеење на осцилациите во други точки како резултат на суперпозиција на два или повеќе бранови кои пристигнуваат во овие точки. Кога два (или повеќе) светлосни бранови се преклопуваат, се јавува просторна прераспределба прозрачен флукс, како резултат на што на некои места се појавуваат максимални, а на други минимум во интензитет. Неопходен условнабљудувањето на стабилна шема на пречки е кохерентностнаредени бранови. Кохерентнасе нарекуваат бранови со иста фреквенција, чии осцилации се разликуваат во фазна разлика која е константна со текот на времето.

За да се добијат кохерентни светлосни бранови, се користи методот на делење на бранот емитиран од еден извор на два дела, кои откако ќе поминат низ различни оптички патекисе наметнуваат еден на друг, и како резултат на тоа се забележува шема на пречки.

Производ на геометриска должина спатеката на светлосниот бран во дадена средина по индикатор nпрекршување на овој медиум се нарекува должина на оптичката патека Л , вредност D = Л 2 – Л 1 (разликата во оптичките должини на патеките што ги минуваат брановите) се нарекува разлика во оптичката патека.

Ако разликата на оптичката патека D е еднаква на цел број бранови должини л 0, т.е.

( = 0, 1, 2,…) ,

Мдвата бранови ќе се појават во иста фаза, и во точката Мќе се набљудува максимум на пречки(м– максимум редослед на пречки).

Ако разликата на оптичката патека D е еднаква на половина цел број на бранови должини л 0, т.е.

( = 0, 1, 2,…) ,

тогаш осцилациите возбудени во точката Мдвата бранови ќе се појават во антифаза, и во точката Мќе се набљудува минимум за пречки(м– минимум редослед на пречки).

Како пример за мешање на светлосните бранови, разгледајте го методот на Јанг .

Јунговиот метод.За да се набљудува интерференцијата на светлината, кохерентните светлосни зраци се добиваат со одвојување и потоа комбинирање на светлосните зраци што произлегуваат од истиот извор. Изворот на светлина е силно осветлен процеп С(сл. 20), од кои светлосен бранпаѓа на две тесни процепи на еднакво растојание С 1 и С 2 , паралелни процепи С.Значи празнините С 1 и С 2 играат улога кохерентни извори, А

Интензитетот на светлината во една точка Аопределена со разликата на оптичката патека на зраците: Д = s 2 – с 1 .

Според слика 20:

; , каде или .

Од состојбата л>>гследи тоа с 1 + с 2 » 2 л,Потоа

Според овој однос и услови на набљудување максимални и минимуми на пречкимаксимални позиции ( xmax) и минимум ( xmin) се одредуваат интензитетите на екранот во методот на Јанг на следниот начин:

( = 0, 1, 2,…) ,

( = 0, 1, 2,…) .

Растојание помеѓу две соседни максими (или минимуми) Д xповикани ширина на раб на пречкии е еднакво на:

Од овој однос произлегува дека вредноста на Д xзависи од брановата должина л 0 . Затоа, јасна шема на пречки, која е алтернација на светли и темни ленти на екранот, е можна само кога се користи монохроматска светлина,односно светлина со одредена бранова должина л 0 .

Тема 10. Дифракција на светлината. Френелова дифракција

Дифракцијасе нарекува свиткување бранови околу препреките. Дифракцијасветлината се дефинира како секое отстапување на ширењето на светлината во близина на пречки од законите геометриска оптика. Благодарение на дифракцијата, брановите паѓаат во областа на геометриската сенка, продираат низ мали дупки итн.

Феноменот на дифракција е објаснет со користење Принципот на Хајгенс, според кој секоја точка до која стигнува бранот служи како центар на секундарните бранови, а обвивката на овие бранови ја одредува положбата на брановиот фронт.

Ориз. 3

Френел го дополни принципот на Хајгенс со идејата за интерференција на секундарни бранови.

Според Принципот Хајгенс-Френелсветлосен бран возбуден од некој извор С, може да се претстави како резултат на суперпозиција на кохерентни секундарни бранови,„емитирани“ од фиктивни извори. Таквите извори можат да бидат, на пример, бесконечно мали елементи на која било затворена површина што го затвора изворот С.Доколку изберете еден од бранови површини (бранова површина -Ова локусточки во кои се јавуваат осцилации во иста фаза), тогаш сите бесконечно мали елементи на оваа затворена површина, како фиктивни извори, дејствуваат во фаза. Ова својство на фиктивни извори на кохерентни секундарни бранови беше искористено во методот на зона Френел при проучување на дифракцијата на сферични бранови.

Метод на зона на Френел.Ајде да најдеме во произволна точка Мамплитуда на светлосен бран што се шири од точка изворСвета С(Сл. 21).

Ориз. 21

Френел ја скрши површината на бранот Ф, што е сферична површина центрирана во точката С, во прстенести зони (Fresnel зони) со таква големина што растојанијата од рабовите на соседните зони до точката Мсе разликува од л/2 (сл. 21). Бидејќи осцилациите од соседните зони патуваат до точката Мрастојанија кои се разликуваат по л/2, потоа до точка Мтие доаѓаат во антифаза и, кога се надредени, меѓусебно се ослабуваат. Затоа амплитудата А М:

Каде А 1 , А 2 , ..., A n– амплитуди на осцилации кои доаѓаат од 1-ви, 2-ри, ... n-та зона.

Како резултат на додавање, амплитудата Адобиената светлосна вибрација во една точка Миспадна дека е еднаква на половинаамплитуди А 1 централна зонаФренел:

Односно, амплитудата на светлосните вибрации што доаѓа од само една централна зона Френел е двојно поголема од амплитудата на добиената светлосна вибрација со целосно отворен брановиден фронт. Овој ефект беше потврден експериментално користејќи зонски плочи,во пракса, стаклени плочи конструирани со методот на зона Френел. Зонските плочи се состојат од наизменични проѕирни (за непарни зони на Френел) и непроѕирни (за парни зони на Френел) концентрични прстени. Во овој случај, добиената амплитуда А(A=A 1 +А 3 +А 5 +... ) е поголема отколку со целосно отворен брановиден фронт. Искуството потврди дека зонските плочи го зголемуваат осветлувањето во одредена точка М,делува како конвергентна леќа.

Френелска дифракција со кружна дупка.Сферичен бран што се шири од точкаст извор С,на патот се среќава со тркалезна дупка (сл. 22). Шемата за дифракција на екранот зависи од бројот на зони на Френел отворени со кружна дупка. По кршењето на отворениот дел од површината на бранот Фдо Fresnel зони за точка ВОлежејќи на екранот (слика 22), определете го бројот на отворени зони. Ако бројот на отворени Френел зони е парен, тогаш во точката ВОсе забележува темна точка, бидејќи осцилациите од секој пар соседни зони на Френел се поништуваат едни со други. Ако бројот на отворени Fresnel зони е непарен, тогаш во точката ВОќе има светла точка.

Френелска дифракција на диск.Сферичен бран што се шири од точкаст извор С,се среќава со диск на пат (сл. 23). Нека за точка ВОлежи на линијата што го поврзува изворот Ссо центарот на дискот, по кршење на површината на бранот Фдо зоните Френел ќе бидат затворени од дискот мпрвите Fresnel зони. Потоа амплитудата А како резултат на осцилацијаво точката ВОе еднакво на: , односно во точката ВОќе има светло место кое одговара на дејството на половина од првата отворена зона на Френел.

1. Светлосен бран. Интерференција на светлина. Кохерентност (временска и просторна) и монохроматичност на светлосните бранови. Услови за максимален и минимален интензитет при пречки.

светлосен бран - електромагнетен бранвидлив опсег на бранови должини. Фреквенцијата на светлосниот бран (или збир на фреквенции) ја одредува „бојата“. Енергијата пренесена од светлосниот бран е пропорционална на квадратот на неговата амплитуда. Феноменот на формирање на наизменични појаси со зголемување и намалување на интензитетот на светлината се нарекува мешање.Пречки на светлината се јавува кога два или повеќе снопови светлина се надредени еден на друг. Кохерентност- координиран проток во време и простор на неколку осцилаторни или бранови процеси. Кохерентноста се изразува во константноста или правилната врска помеѓу фазите, фреквенциите, поларизациите и амплитудите на овие бранови. Временска кохерентност- состојба во која светлосните бранови патуваат во текот на нивниот период оваа областво вселената во исто време. Просторна кохерентност - состојба во која светлосните бранови кои минуваат низ вселената не мора да се со иста фреквенција, но се исти во фаза. Монохроматски бранови– бранови неограничени во простор со една специфична и строго константна фреквенција.

Ако разликата на патеката е еднаква на цел број бранови должини во вакуум

тогаш, а осцилациите возбудени во точката P од двата бранови ќе се појават во иста фаза. Затоа, (8.1.3) е состојба на пречки максимум.

Ако разликата во оптичката патека

(8.1.4)

тогаш, а осцилациите возбудени во точката P од двата бранови ќе се појават во антифаза. Затоа, (8.1.4) е услов за интерферентен минимум.

2. Начини за добивање кохерентни бранови. Интерференција на светлина во тенки филмови.

Изворите на топлина се некохерентни едни со други. За да се создадат кохерентни светлосни бранови, бранот емитиран од еден извор на светлина се дели на два, а потоа добиените бранови се собираат во просторот наречен регион на преклопување.

Искуството на Јунг

И Изворот на светлината е осветлена процеп S, од која светлосниот бран се спушта на два тесни празнини С 1 и С 2, осветлена од различни делови од истиот брановиден фронт (сл. 1.5). Поминувајќи низ секоја од процепите, светлосниот зрак се проширил поради дифракција, па затоа, на бел екран P, светлосните зраци минуваат низ процепите С 1 и С 2, преклопени. Во регионот каде што светлосните зраци се преклопуваа, беше забележана шема на пречки во форма на наизменични светли и темни ленти.

Френелски бипризми

Д За одвојување на светлосниот бран се користи двојна призма (бипризма) со мал агол на прекршување. Изворот на светлина е силно осветлена процепа паралелна со рефрактивниот раб на бипризмата. Поради малиот агол на прекршување на бипризмата (неколку минути лак), сите зраци се отклонуваат за ист агол, без оглед на аголот на инциденца, а отклонувањето се случува кон основата на секоја од призмите што ја сочинуваат бипризма. Како резултат на тоа, се формираат два кохерентни бранови, кои практично произлегуваат од имагинарни извори и лежат во иста рамнина со вистински извор

Огледало Френел

Во поставувањето двоогледало на Френел, два кохерентни бранови се добиваат со рефлексија од две огледала, чии рамнини формираат диедрален агол, каде што има многу мал агол. Изворот е тесен осветлен шлиц паралелен со лицето диедрален агол. Гредите што се рефлектираат од огледалата паѓаат на екранот E, а во преклопениот регион PQ се појавува шема на пречки во форма на ленти паралелни со процепот.

Интерференција на светлина во тенки филмови:

Кога е осветлен тенок филм, може да се набљудуваат пречки на светлосните бранови рефлектирани од горните и долните површини на филмовите. За белата светлина, која е мешавина од електромагнетни бранови од целиот оптички спектар, рабовите на пречки добиваат боја.

Едниот бран (оној што влегува во филмот) заостанува зад другиот. Помеѓу брановите се формира разлика во текот. Ако оваа разлика во патеката е променлива во просторот, тогаш се создаваат услови за набљудување на појасите на пречки. Пречки во тенки филмови може да се забележи на два начина. Еден метод се заснова на фактот дека филмот има различни дебелини на различни места, другиот се заснова на фактот дека светлината може да падне на филмот под различни агли. Првиот метод произведува таканаречени ленти со еднаква дебелина, вториот - ленти со еднаков наклон.

3. Примена на пречки: интерферометри, расчистување на оптика.

Феноменот на пречки се должи на брановата природа на светлината; неговите квантитативни обрасци зависат од брановата должина. Затоа, овој феномен се користи за потврдување на брановата природа на светлината и за мерење на брановите должини (интерферентна спектроскопија).

Интерферометар - уред за мерење, чиј принцип на работа се заснова на феноменот на пречки. Принципот на работа на интерферометарот е следен: зрак електромагнетно зрачење(светлина, радио бранови и сл.) со помош на еден или друг уред е просторно поделен на два или големо количествокохерентни греди. Секој од зраците поминува низ различни оптички патеки и се враќа на екранот, создавајќи шема на пречки од која може да се одреди фазното поместување на зраците

Интерферометрите се користат и за прецизни мерењадолжини, особено во машински алати и машинско инженерство, и за проценка на квалитетот на оптичките површини и општо за тестирање на оптичките системи.

Оптички слој- ова е апликација на површината на леќите што се граничат со воздухот, најтенкиот филмили неколку филмови еден врз друг. Ова е неопходно за да се зголеми преносот на светлина оптички систем. Индексот на рефракција на таквите филмови е помал од индексот на рефракција на стаклото на леќите. Антирефлексивните филмови го намалуваат расејувањето на светлината и рефлексијата на упадната светлина од површината на оптичкиот елемент, со што се подобрува преносот на светлината на системот и контрастот

оптичка слика.

4. Концептот на дифракција на светлината. Принципот Хајгенс-Френел. Метод на зона на Френел. Праволиниско ширење на светлината.

Дифракција на светлинатае феноменот на отстапување на светлината од праволинискиот правец на ширење при поминување во близина на препреки. Ако има тркалезна пречка на патеката на паралелниот светлосен зрак (окружен диск, топка или тркалезна дупка во непроѕирен екран), тогаш на екранот лоциран на доволно големо растојание од пречката се појавува шема на дифракција - систем на наизменични светли и темни прстени. Ако пречката е линеарна (прецеп, конец, раб на екранот), тогаш на екранот се појавува систем на паралелни дифракциони реси.

П Принципот Хајгенс-Френелни овозможува да го објасниме механизмот на ширење на брановите. Принципот се состои од два дела:

Прв делсе нарекува Хајгенсов принцип (1678). Нејзината суштина е дека секоја точка на површината до која доаѓа светлосниот бран е секундарен извор на светлосни бранови. Точката што ги обвива секундарните бранови станува бранова површина во следниот момент во времето.

Втор делпринципот се нарекува принцип (додавање) на Френел (1815). Тоа оди вака: секој елемент на брановиот фронт може да се смета како центар на секундарно нарушување што генерира секундарни сферични бранови, а добиеното светлосно поле во секоја точка во просторот ќе се определи со мешањето на овие бранови.

Математички, принципот Хајгенс-Френел е оправдан во формата интегрална теоремаКирхоф.

Метод на зона на Френел:Френел предложил метод за делење на брановиот фронт на прстенести зони, кој подоцна бил наречен метод на зона на Френел.

Нека се шири монохроматски сферичен бран од извор на светлина S, P е точката на набљудување. Сферична бранова површина поминува низ точката О. Тој е симетричен во однос на права линија SP.

Р Да ја поделиме оваа површина на прстенести зони I, II, III итн. така што растојанијата од рабовите на зоната до точката P се разликуваат за половина од светлосната бранова должина. Оваа поделба е предложена од О. Френел и зоните се нарекуваат Френел зони.

Ајде да земеме произволна точка 1 во првата зона Френел. Во зоната II, врз основа на правилото за изградба на зони, постои точка што одговара на неа таква што разликата во патеките на зраците што одат до точката P од точките 1 и 2 ќе биде еднаква на l/2. Како резултат на тоа, осцилациите од точките 1 и 2 се поништуваат во точката P.

Од геометриски размислувања произлегува дека ако бројот на зоните не е многу голем, нивните површини се приближно исти. Тоа значи дека за секоја точка во првата зона има соодветна точка во втората, чии осцилации меѓусебно се поништуваат. Амплитудата на добиената осцилација која пристигнува во точката P од зоната број m се намалува со зголемување на m, т.е.

Кога се додаваат овие осцилации, тие меѓусебно треба да се ослабуваат:

Закон за праволиниско ширење на светлината -Во проѕирна, хомогена средина, светлината патува во прави линии.

5. Фраунхофер дифракција од дифракциона решетка.

Видот на дифракција во кој дифракционата шема е формирана од паралелни зраци се нарекува Фраунхофер дифракција.

Еднодимензионален дифракциона решеткае систем од голем број N со еднаква ширина и паралелен пријателедни со други на процепите на екранот, исто така одделени со непроѕирни простори со еднаква ширина

Дифракционата шема на решетка се определува како резултат на меѓусебната интерференција на брановите што доаѓаат од сите процепи, т.е. Во дифракционата решетка, се јавува интерференција со повеќе зраци на кохерентни дифрактирани зраци на светлина што доаѓаат од сите процепи.

Ориз. 9.6 Сл. 9.7

Нека зракот 1 падне на леќата под агол φ (агол на дифракција). Светлосниот бран кој доаѓа под овој агол од процепот создава максимален интензитет во точката. Вториот зрак што доаѓа од соседниот процеп под истиот агол φ ќе пристигне во истата точка. И двете од овие зраци ќе пристигнат во фаза и ќе се зајакнат еден со друг ако разликата во оптичката патека е еднаква на mλ:

Максималниот услов за дифракционата решетка ќе изгледа вака:

каде m = ± 1, ± 2, ± 3, ... .

Максимумите што одговараат на оваа состојба се нарекуваат главни максими. Вредноста на m што одговара на еден или друг максимум се нарекува ред на дифракциониот максимум.

Во точката F0, секогаш ќе се набљудува нулта или централна дифракција максимум.

Бидејќи падот на светлината на екранот поминува само низ процепите во решетката за дифракција, минималниот услов за процепот ќе биде условот за главниот минимум на дифракција за решетката:

Се разбира, кога голем бројпроцепи, на точките на екранот што одговараат на главните минимуми на дифракција, светлината ќе влезе од некои процепи и таму ќе се формираат секундарни максимални и минимуми на дифракција (сл. 9.7). Но, нивниот интензитет, во споредба со главните максими, е низок (≈ 1/22).

Со оглед на тоа , брановите испратени од секој процеп ќе бидат поништени како резултат на пречки и ќе се појават дополнителни минимуми.

Бројот на процепите го одредува светлосниот флукс низ решетката. Колку повеќе ги има, толку повеќе енергија пренесува бранот низ него. Покрај тоа, од поголем бројпразнини, толку повеќе дополнителни минимуми се поставуваат помеѓу соседните максими. Следствено, максималните ќе бидат потесни и поинтензивни:

Интерференција на светлосни бранови

Карактеристики на брановисветлата најјасно се откриваат во мешањеИ дифракција. Овие феномени се карактеристични за брановите од секаква природа и релативно лесно се набљудуваат експериментално за бранови на површината на водата или за звучни бранови. Набљудувањето на интерференцијата и дифракцијата на светлосните бранови е можно само под одредени услови. Светлината емитирана од конвенционални (не-ласерски) извори не е строго монохроматска. Затоа, за да се набљудуваат пречки, светлината од еден извор мора да се подели на два зраци, а потоа да се надополни еден на друг.

Интерферентен микроскоп.

Постоечки експериментални методидобивањето кохерентни зраци од еден светлосен зрак може да се подели на две класи.

ВО метод на делење на брановидни предни зракот се пренесува, на пример, низ две тесно распоредени дупки во непроѕирен екран (експериментот на Јунг). Овој метод е погоден само за доволно мали големини на извори.

Во друг метод, зракот се дели на една или повеќе делумно рефлектирачки, делумно преносливи површини. Овој метод амплитудни поделби може да се користи и со проширени извори. Обезбедува поголем интензитет и лежи во основата на работата на различни интерферометри. Во зависност од бројот на интерферентни зраци, се разликуваат интерферометри со два и повеќе зраци. Имаат важни практични апликацииво инженерството, метрологијата и спектроскопијата.

Нека два бранови со иста фреквенција, надредени еден на друг, возбудуваат осцилации од иста насока во одредена точка во вселената:

каде под xразберете ја електричната напнатост Еи магнетни Хбранови полиња, кои го почитуваат принципот на суперпозиција (види став 6).

Амплитудата на добиената осцилација при додавање на осцилации насочени по една права линија ќе се најде со помош на формулата (2.2.2):

Ако фазната разлика на осцилациите,возбудени од бранови во одреден момент во вселената,останува константна во времето, тогаш се нарекуваат такви бранови кохерентна.

Кога некохерентнабранови, фазната разлика постојано се менува, земајќи какви било вредности со еднаква веројатност, како резултат на што просечната временска вредност е нула (вари од -1 до +1). Затоа.

Интензитетот на светлината е пропорционален на квадратот на амплитудата: . Од ова можеме да заклучиме дека за некохерентни извори, интензитетот на добиениот бран е ист насекаде и е еднаков на збирот на интензитетите создадени од секој бран посебно:

Последниот термин во овој израз се нарекува термин за мешање .

Во точките во просторот каде, (на максимум), каде што, интензитет (на минимум). Следствено, кога два (или неколку) кохерентни светлосни бранови се надредени, се јавува просторна редистрибуција на светлосниот флукс, што резултира со максимални интензитети на некои места и минимум на интензитет на други. Овој феномен се нарекува мешање на светлината .

Стабилна шема на пречки се добива само со додавање кохерентни бранови. Некохерентност природни изворисветлината се должи на фактот дека зрачењето на едно тело е составено од бранови кои се емитуваат од многу атоми . Фази на секоја од нив бран воз не се поврзани едни со други на кој било начин . Атомите емитираат хаотично.

Периодична низа на бранови гребени и корита,формирана при чинот на зрачење на еден атом,повикани бран возили бран воз.

Процесот на зрачење на еден атом трае приближно s. Во овој случај, должината на возот.

Приближно брановите должини се вклопуваат во еден воз.

Бранова теорија на светлината

Бранова теорија на светлината- една од теориите што ја објаснува природата на светлината. Главната позиција на теоријата се заснова на фактот дека светлината има бранова природа, односно се однесува како електромагнетен бран (чија должина ја одредува бојата на светлината што ја гледаме).

Теоријата е потврдена со многу експерименти (особено, експериментот на Т. Јанг), а ваквото однесување на светлината (во форма на електромагнетен бран) е забележано во такви физички феномени како што се дисперзија, дифракција и пречки на светлината. Сепак, многу други физички феномени, поврзан со светлината, не може да се објасни само со бранова теорија.

Теоријата потекнува од Хајгенс. Ја смета светлината како збир на попречни монохроматски електромагнетни бранови, а набљудуваните оптички ефекти како резултат на мешањето на овие бранови. Се верува дека во отсуство на транзиција на енергијата на зрачење во други видови енергија, овие бранови не влијаат еден на друг во смисла дека, предизвикувајќи феномени на пречки во одреден регион од вселената, бранот продолжува да се шири понатаму без да се менува. неговите карактеристики. Теоријата за бранови на електромагнетното зрачење го најде својот пат теоретски описво делата на Максвел во форма на Максвелови равенки. Користењето на идејата за светлината како бран овозможува да се објаснат феномените поврзани со пречки и дифракција, вклучувајќи ја и структурата светло поле(слика и холографија).

исто така види

Фондацијата Викимедија. 2010 година.

Погледнете што е „Бранова теорија на светлината“ во други речници:

бранова теорија на светлината- banginė šviesos teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: ингли. повлажна теорија на светлината; бранова теорија на светлина вок. Wellentheorie des Lichtes, f rus. бранова теорија на светлината, f pranc. теорија на светлината, ф … Физички терминали

Светлината е една од теориите што ја објаснува природата на светлината. Главната позиција на теоријата се заснова на фактот дека светлината има бранова природа, односно се однесува како електромагнетен бран (чија должина ја одредува бојата на светлината што ја гледаме). Теорија... ... Википедија

Физички дел оптика, која ја проучува севкупноста на појавите во кои се појавуваат бранови. природата на светлината. Идеи за бранови. Хар ре ширењето на светлината се навраќа на семиналните дела на Гол. научник 2 кат 17 век X. Хајгенс. Суштества развој на V. o...... ... Физичка енциклопедија

Најразвиена форма на организација научни сознанија, давајќи холистичка идеја за обрасците и суштинските врски на проучуваната област на реалноста. Примери на Т.н. се класична механика I. Њутн, корпускуларни и бранови... ... Филозофска енциклопедија

- (од грчката теорија набљудување, разгледување, истражување) најразвиената форма на организација на научното знаење, давајќи холистичка идеја за шаблоните и суштинските врски на одредена област на реалноста. Примери за Т. се... ... Речник на логички термини

Теорија која ги разгледува сите видови вибрации, апстрахирајќи од нив физичка природа. За таа цел се користи уредот диференцијална пресметка. Содржина 1 Хармонични вибрации... Википедија

Површината на бранот е геометриски локус на точки кои доживуваат пертурбација на генерализираната координата во истата фаза. Ако изворот на бранот е точка, тогаш брановите површини во хомоген и изотропен простор се... ... Википедија

Квантна механика ... Википедија

Теорија на пластичност, дел од механиката континуитет, чии цели се одредување на напрегања и поместувања во деформирачко тело надвор од границите на еластичноста. Строго кажано, во теоријата на пластичност се претпоставува дека стресната состојба... ... Википедија

Континуумска механика ... Википедија

Книги

• Теорија на бранови на светлината, Штрут Ј. Мајстор за длабока и суптилна анализа...

Во исто време, Њутн обрнал внимание на она што го изразил холандскиот научник Х. Хајгенс теорија на брановисветлина (1690). Хајгенс сугерираше дека просторот е исполнет со одредена супстанција - етер и, врз основа на етер, изградил нова теоријаСвета. Таа направи одлична работа објаснувајќи многу различни оптички феноменипа дури и предвиде некои кои подоцна беа откриени - со еден збор, испадна добра хипотеза. Со еден исклучок: етерот мораше да биде опремен со такви контрадикторни својства во кои умот одбиваше да верува. Од една страна, целосна бестелесност (за да не се меша во движењето на планетите), а од друга, еластичност, илјадници пати поголема од еластичноста на најдобриот челик (инаку светлината нема да се шири со потребната брзина). Концепти на Кунафин М.С модерна природна наука: Упатство. Издавачката куќа - Уфа, 2003. - стр. 149

Користејќи ја идејата за еластичен просветлен етер, Хајгенс го сметаше ширењето во него не на бранови, туку на одредени импулси. А сепак тој воспостави принцип на бранови, кој сега го носи неговото име и е дел од модерни учебници. Недостаток на разбирањеоваа природа, како што е познато, не му дозволи на Хајгенс да ја објасни својата сопствени искуствасо двојно прекршување, при што зрак светлина се пренесувал последователно низ два кристали. Хајгенс забележал како обичните и извонредните зраци што излегуваат од првиот кристал се однесуваат различно во вториот кристал, во зависност од релативната ориентација на кристалите. Во некои случаи, секој од зраците повторно се „поделува“ на два зраци. Во други случаи, не се случи ново „расцепување“ на зраците; во овој случај, обичниот зрак што излегува од првиот кристал или останал обичен зрак во вториот кристал или (со различна ориентација на кристалите) се однесувал како извонреден зрак. Слично се однесуваше и извонредниот зрак што излезе од првиот кристал. Хајгенс не можеше да ги објасни добиените резултати, бидејќи не знаеше (и не се ни осмелуваше да претпостави) дека светлосните бранови се попречни. Неговите експерименти беа сосема доволни за откривање на поларизацијата на светлината. Доста, но предмет на подлабоко разбирање на природата на светлината. Немаше такво разбирање, и затоа откритието на поларизацијата не се случи (поларизацијата беше откриена само повеќе од сто години подоцна). Тарасов Л.В. Вовед во квантна оптика. - М.: Факултетот, 1987. -стр. 10

Интерес за оптички проблеми во почетокот на XIXВ. беше диктиран од развојот на доктрината за електрична енергија, хемија и парно инженерство. Се чинеше многу веројатно дека има нешто заедничко во природата на топлината, светлината и електричната енергија. Отворање и проучување фотографии хемиски реакции, хемиски реакции со ослободување на топлина и светлина, термички и хемиски дејстваелектрична енергија - сето тоа не натера да помислиме дека проучувањето на светлината ќе биде корисно за решавање на важни научни и практични проблеми.

Во 18 век огромното мнозинство научници се придржувале до корпускуларна теоријасветлина, која добро објасни многу, но не сите, оптички феномени. На почетокот на 19 век. Прашањата за интерференција, дифракција и поларизација на светлината, кои беа незадоволително објаснети со корпускуларната теорија, дојдоа во видното поле на физичарите. Ова води до оживување на навидум заборавените идеи во брановата оптика. Вистинското се случува во оптиката. научна револуција, која заврши со победа на брановата теорија на светлината над корпускуларната.

Првиот што ја одбрани брановата теорија на светлината беше во 1799 година. англиски докторТ. Јунг, разноврсна образована личност, кој се занимавал со истражување во областа на математиката, физиката, механиката, ботаниката итн., имал широко познавање од литературата и историјата и направил многу за дешифрирање на египетските хиероглифи. Јунг ја критикуваше корпускуларната теорија на светлината, посочувајќи ги феномените што не можат да се објаснат од нејзините позиции, особено, исти брзинисветлосни тела исфрлени од слаби и силни извори, како и тоа што при минување од една средина во друга, едниот дел од зраците постојано се рефлектира, а другиот постојано се прекршува. Јунг предложил светлината да се смета како осцилирачко движење на етерските честички: „...Светлосен етер, во висок степенредок и еластичен, го исполнува универзумот... Осцилаторни движењасе возбудуваат во овој етер секој пат кога телото почнува да свети“. Тој ја потврди брановата природа на светлината првенствено со феноменот на светлосна интерференција.

Експериментот што го демонстрира феноменот на пречки на светлината е како што следува. На екранот се прободени две мали дупки одблискуеден од друг и го осветлуваат сончева светлинапоминувајќи низ дупката на прозорецот. Зад овој екран е поставен втор екран, на кој паѓаат два светлосни конуси формирани зад првиот екран. Онаму каде што овие конуси се преклопуваат, светлите и темните ленти се видливи на вториот екран. Од додавање на светлина на светлина, се формира темнина! Јанг правилно сугерираше дека се формираат темни ленти каде што врвовите на светлосните бранови се апсорбираат еден со друг. Ако затворите една дупка, лентите исчезнуваат, а на екранот се видливи само прстените на дифракција. Со мерење на растојанието помеѓу прстените, Јанг ги одреди брановите должини на црвената, виолетовата и неколку други бои. Тој, исто така, разгледа некои случаи на дифракција на светлината. Тој ја објасни појавата на дифракционите рабови со интерференција на два бранови: еден се пренесува директно и еден се рефлектира од работ на пречка. Покрај тоа, тој направи важна претпоставка дека феноменот на поларизација на светлината е можен само ако светлосниот бран е попречен, а не надолжен.

Иако работата на Јанг обезбеди докази во корист на брановата теорија на светлината, таа сепак не доведе до напуштање на корпускуларната теорија, која продолжи да доминира во оптиката.

Во 1815 година, францускиот научник О. Френел се изјасни против корпускуларната теорија. По дипломирањето Политехничко училиштево Париз работел во провинциите како инженер поставување и поправка на патишта, а во слободно времеучеше научно истражување. Тој се заинтересирал за прашањата на оптика и самостојно дошол до заклучок дека не е валидна корпускуларната, туку брановата теорија на светлината. Во 1818 година, Френел ги комбинирал добиените резултати и ги претставил во труд за дифракција на светлината, поднесен на конкурсот објавен од Француската академија на науките.

Размислуваше за работата на Френел специјална комисијакако дел од Ј.Б. Био, Д.Ф. Араго, П.С. Лаплас, Џ.Л. Геј-Лусак и С.Д. Поасон - поддржувачи на корпускуларната теорија. Но, резултатите од работата на Френел беа толку конзистентни со експериментот што беше невозможно едноставно да се отфрли. Поасон забележа дека може да се заклучи последица од теоријата на Френел што е во спротивност Здрав разум: како да треба да има светло место во центарот на сенката од кружен екран. Оваа „неконзистентност“ беше потврдена со искуство: приговорот се претвори во спротивност. Комисијата на крајот ја препозна точноста на резултатите од теоријата на бранови на Френел и му додели награда. Сепак, теоријата на Френел сè уште не стана општо прифатена, а повеќето физичари продолжија да се придржуваат до старите гледишта. корпускуларен планк со светлосен бран

Последната акорд во борбата помеѓу корпускуларната и брановата теорија на светлината беа резултатите од мерењето на брзината на светлината во водата. Според корпускуларната теорија, брзината на светлината во оптички погуста средина треба да биде поголема отколку во оптички помалку густа средина, а според теоријата на бранови, обратно. Во 1850 година, француските физичари Ј.Б.Л. Фуко и А.И.Л. Физо, мерејќи ја брзината на светлината со помош на ротирачко огледало, покажа дека брзината на светлината во водата е помала отколку во воздухот, и со тоа конечно ја потврди брановата теорија на светлината. До средината на 19 век. Веќе останаа неколку приврзаници на корпускуларната теорија на светлината. Најдиш В.М. Поими на современи природни науки: Учебник. -- Ед. 2-ри, ревидиран и дополнителни - М.: Алфа-М; ИНФРА-М, 2004. - стр.228

Продолжување на корисни дебати

Од идејата за светлината како браново движење на етерот произлезе Аугустин Френел. Отпрвин работел во рурална пустина и, целосно несвесен за експериментите на Јунг, ги повторил. Френел го објасни феноменот на свиткување светлина околу пречките на ист начин како Јанг, продолжувајќи го истражувањето започнато од Њутн.

Потоа, веќе работејќи во Париз, Френел доби математички равенки, прецизно опишувајќи ги оптичките процеси што се случуваат на границата на два различни оптички медиуми.

Одгледан од Френел едноставни формулиза да се одреди рефлексивноста на проѕирните диелектрици сè уште се широко користени од оптичарите.

Гледајќи го својот одраз во водата, кривогледувајќи од сјајот сончева светлинарасфрлање од изворски барички по асфалтот, вртење различни лицапарче стакло, мика, пластика, ние, се разбира, не мислиме дека на почетокот на минатиот век сите овие недофатливи, суптилни, поетски феномени на природата беа облечени од Аугустин Френел во строги законии формули.

Заедно со Араго, Френел детално го проучувал однесувањето на светлината во проѕирните кристали.

Еден ден, по извештајот на Френел на состанок Француска академијанауки за светлината што се наведнува околу препреките, познатиот физичар и математичар Поасон, кому бранова теорија на светлинатасе чинеше неубедливо, тој изјави дека ако Френел е во право, тогаш треба да се забележи светло место во центарот на сенката формирана на екран лоциран на доволно растојание од кружен непроѕирен објект.

Френел, кој претходно не ја забележал оваа точка, веднаш направил експеримент кој докажал дека светлата точка навистина постои, а за тоа известил на следниот состанок на Академијата!

Со проучување на чувствителноста на окото, мерење на емисионите спектри на Сонцето и светилките и проучување на составот на сончевата светлина што ја рефлектира Месечината, научниците ги откриваат оптичките тајни на природата.

Во нивните идеи за природата на светлината тие беа следбеници на извонредниот холандски научник Кристијан Хајгенс, кој верувал дека „...светлината се состои во движењето на материјата што е помеѓу нас и светлото тело“.

Во својот трактат за светлината, објавен во 1690 година, Хајгенс напишал: „...кога гледаме светлечки објект, тоа не може да се должи на преносот на материјата, која стигнува до нас од овој објект како куршум или стрела што го преминува воздухот, . .. нè води до Она што го знаеме за ширењето на звукот во воздухот може да ни помогне да разбереме како светлината патува“.

Идеите за брановите на Хајгенс често се спротивставуваат на ставовите на Њутн, кој пишувал за честичките или, како што тој ги нарекол, „терупи“ на светлината. Ова не е сосема фер, особено во однос на Њутн, кој секогаш зборуваше претпазливо за природата на појавите, претпочитајќи да зборува само за цврсто утврдени физички факти.

Еве еден типичен Њутн резервирана фраза: „Пректно е да заклучам од мојата теорија за телесноста на светлината, но тоа го правам без никаква апсолутна сигурност...“

За подобро да го разбереме механизмот на бранови, повторно да разгледаме идеализиран експеримент. Да претпоставиме дека огромен простор е целосно исполнет со вода, воздух или некој друг „медиум“. Некаде во центарот има топка (сл. 40). На почетокот на експериментот воопшто нема движење. Одеднаш топката почнува да „дише“ ритмички, се шири и се собира во волумен, но цело време останува сферична во форма. Што се случува во околината? Да го започнеме нашето разгледување во моментот кога топката почнува да се шири. Честички на медиумот лоцирани во непосредна близинакон топката, одврати, така што густината на слојот од вода или воздух во непосредна близина на топката се зголемува наспроти сопствената нормална вредност. На ист начин, кога топката е компресирана, густината на тој дел од медиумот што веднаш ја опкружува топката ќе се намали. Овие промени во густината се шират низ околината. Честичките што го сочинуваат медиумот подлежат на само мали вибрации, но целокупното движење е движење на бран кој се шири. Она што е суштински ново овде е тоа што за прв пат го разгледуваме движењето на нешто што не е материја, туку енергија што се шири во материјата.

Користејќи го примерот на пулсирачка топка, можеме да воведеме два општи физички концепти важни за карактеризирање на брановите. Првата е брзината со која се движи бранот. Тоа ќе зависи од околината и ќе биде различно, на пример, за вода и воздух. Вториот концепт е бранова должина -ова е растојанието од продлабочувањето на еден бран до продлабочувањето на следниот, или растојанието од врвот на еден бран до врвот на следниот. Морски брановиимаат подолга бранова должина од брановите на река. Во нашите бранови, формирани поради пулсирање на топката, брановата должина е растојанието земено во одреден момент помеѓу два соседни сферични слоеви, кои истовремено имаат максимална густина или минимална вредност. Очигледно, ова растојание не зависи само од околината. Брзината на пулсирање на топката, се разбира, ќе има големо влијание; така, брановата должина ќе биде пократка ако пулсирањето стане побрзо, а подолго ако пулсирањето стане побавно.

Овој концепт на бран се покажува како многу успешен во физиката. Тоа е дефинитивно механички концепт. Феноменот се сведува на движење на честички, кои, според кинетичка теорија, формираат супстанција. Така, секоја теорија што го користи концептот на бран може, општо земено, да се смета за механичка теорија. Особено, објаснувањето на акустичните појави значително се потпира на овој концепт. Вибрирачки тела, како на пр гласните жициили жици од виолина, се извори на звучни бранови кои се шират во воздухот, слично на случајот со брановите генерирани од пулсирачка топка. Така, користејќи го концептот на бран, сите акустични појави може да се сведат на механички.

Веќе е нагласено дека мораме да го разликуваме движењето на честичките и движењето на самиот бран, што е состојба на медиумот. Двете движења се сосема различни, но јасно е дека во нашиот пример на пулсирачката топка двете движења се случуваат по иста права линија. Честичките на медиумот осцилираат во мали граници, а густината периодично се зголемува и намалува во согласност со ова движење. Насоката во која се шират брановите и насоката по која се јавуваат вибрациите се исти. Бранови од овој тип се нарекуваат надолжен. Но, дали овој тип на бран е единствениот? За нашите понатамошни дискусии важно е јасно да се замисли можноста за друг тип на бран, наречен попречно.

Да го смениме нашиот претходен пример. Уште да имаме топка, но таа е потопена во медиум од друг вид: наместо воздух или вода, се зема нешто како желе или желе. Згора на тоа, топката повеќе не пулсира, туку ротира низ мал агол, прво во една насока, а потоа во спротивна насока, секогаш во ист ритам и околу одредена оска (сл. 41). Желето се лепи за топката, а честичките што се лепат се принудени да го следат неговото движење. Овие честички ги принудуваат честичките лоцирани малку подалеку да го повторат истото движење итн., така што се создава бран во медиумот. Ако се сетиме на разликата помеѓу движењето на медиумот и движењето на бранот, тогаш го гледаме тоа во во овој случајтие очигледно не се совпаѓаат. Бранот се шири во насока на радиусот на топката, а честичките на медиумот се движат нормално на оваа насока. Затоа, создадовме попречен бран.

Брановите што се шират на површината на водата се попречни. Пловечки приклучок се движи нагоре и надолу, а бранот се шири по хоризонтална рамнина. На другата страна, звучни брановидајте ни најмногу познат примернадолжни бранови.

Уште една забелешка: бранот создаден од пулсирачка или осцилирачка топка во хомогена средина е сферичен бран. Така се нарекува затоа што во која било овој моментсите точки на околината лоцирани на која било сфера, околен извор, однесувајте се на ист начин. Да разгледаме дел од таква сфера на голема оддалеченост од изворот (сл. 42). Колку подалеку од изворот заземаме таков дел од сферата и колку помал дел го заземеме, толку повеќе е сличен со дел од рамнината. Без да се обидуваме да бидеме премногу строги, можеме да кажеме дека не постои значајна разлика помеѓу дел од рамнина и дел од сфера чиј радиус е доволно голем. Многу често зборуваме за мали делови од сферичен бран, далеку од неговиот извор, како рамни бранови. Колку подалеку го поставуваме делот од површината засенчена на сликата од центарот на сферата и колку е помал аголот помеѓу двата радиуси, толку повеќе се приближува до идејата за рамнински бран. Концептот на авионски бран, како и многу други физички концепти, не е ништо повеќе од апстракција со која можеме да ја спроведеме само до одреден степенточност. Сепак, тоа е корисен концепт и ќе ни треба подоцна.

Бранова теорија на светлината

Да се ​​потсетиме зошто престанавме да опишуваме оптички феномени. Нашата цел беше да воведеме друга теорија за светлината, различна од корпускуларната теорија, но и да се обидеме да ја објасниме истата област на факти. За да го направиме ова, моравме да ја прекинеме нашата приказна и да го воведеме концептот на бранови. Сега можеме да се вратиме на нашата тема. Првиот што изнесе сосема нова теорија за светлината беше современикот на Њутн, Хајгенс. Во својот трактат за светлината тој напиша:

„Ако, дополнително, на светлината и треба одредено време да патува - што сега ќе го провериме - тогаш следи дека ова движење, пренесено на околната материја, следи едно по друго во времето; затоа, како звук, патува во сферични површини и бранови; Ги нарекувам бранови поради сличноста што ја имаат со брановите што се формираат на водата кога ќе се фрли камен во неа и кои последователно се прошируваат кругови, иако произлегуваат од друга причина и се само на рамна површина“.

Според Хајгенс, светлината е бран, пренос на енергија, а не супстанција. Видовме дека корпускуларната теорија објаснува многу набљудувани факти. Дали теоријата на бранови може да го направи ова? Мораме повторно да ги поставиме оние прашања кои веќе се одговорени од теоријата на честички, за да видиме дали теоријата на бранови може да одговори на нив со еднаков успех. Да го направиме ова овде во форма на дијалог помеѓу N и G, каде што N е соговорник убеден во валидноста на корпускуларната теорија на Њутн, а G е соговорник убеден во валидноста на теоријата на Хајгенс. Ниту еден не смее да користи аргументи добиени по завршувањето на работата на двајцата големи мајстори.