Témy kodifikátora USE: rušenie svetla.

V predchádzajúcom letáku venovanom Huygensovmu princípu sme si povedali, že celkový obraz vlnového procesu vzniká superpozíciou sekundárnych vĺn. Čo to však znamená – „prekrytie“? Aký je špecifický fyzikálny význam superpozície vĺn? Čo sa vo všeobecnosti stane, keď sa v priestore šíri niekoľko vĺn súčasne? Práve týmto otázkam je venovaný tento leták.

Pridanie vibrácií.

Teraz zvážime interakciu dvoch vĺn. Povaha vlnových procesov nehrá žiadnu rolu - môže ísť o mechanické vlnenie v elastickom prostredí alebo elektromagnetické vlnenie (najmä svetlo) v priehľadnom prostredí alebo vo vákuu.

Skúsenosti ukazujú, že vlny sa navzájom dopĺňajú v nasledujúcom zmysle.

Princíp superpozície. Ak sú v určitej oblasti priestoru na seba navrstvené dve vlny, potom vzniká nový vlnový proces. V tomto prípade je hodnota oscilujúcej veličiny v ktoromkoľvek bode tejto oblasti rovná súčtu zodpovedajúcich oscilujúcich veličín v každej z vĺn samostatne.

Napríklad, keď sú dve mechanické vlny superponované, posunutie častice elastického média sa rovná súčtu posunov vytvorených každou vlnou samostatne. Keď sa superponujú dve elektromagnetické vlny, intenzita elektrického poľa v danom bode sa rovná súčtu síl v každej vlne (a rovnaká pre indukciu magnetického poľa).

Princíp superpozície samozrejme neplatí len pre dve, ale vo všeobecnosti pre ľubovoľný počet superponovaných vĺn. Výsledné kmitanie v danom bode sa vždy rovná súčtu kmitov generovaných každou vlnou jednotlivo.

Obmedzíme sa na zváženie superpozície dvoch vĺn rovnakej amplitúdy a frekvencie. S týmto prípadom sa najčastejšie stretávame vo fyzike a najmä v optike.

Ukazuje sa, že amplitúda výsledného kmitania je silne ovplyvnená fázovým rozdielom kmitov skladania. V závislosti od fázového rozdielu v danom bode v priestore sa dve vlny môžu navzájom posilniť alebo úplne zrušiť!

Predpokladajme napríklad, že v určitom bode sa fázy kmitov v superponovaných vlnách zhodujú (obr. 1).

Vidíme, že maximá červenej vlny padajú presne na maximá modrej vlny, minimá červenej vlny - na minimá modrej (ľavá strana obr. 1). Sčítaním vo fáze sa červené a modré vlny navzájom zosilňujú a vytvárajú oscilácie s dvojnásobnou amplitúdou (vpravo na obr. 1).

Teraz posuňme modrú sínusoidu oproti červenej o polovicu vlnovej dĺžky. Potom sa maximá modrej vlny budú zhodovať s minimami červenej vlny a naopak - minimá modrej vlny sa budú zhodovať s maximami červenej vlny (obr. 2, vľavo).

K vibráciám vytvoreným týmito vlnami dôjde, ako sa hovorí, v mimo fázy- fázový rozdiel kmitov bude rovný . Výsledné kolísanie sa bude rovnať nule, t.j. červená a modrá vlna sa jednoducho navzájom zničia (obr. 2 vpravo).

koherentné zdroje.

Nech sú dva bodové zdroje, ktoré vytvárajú vlny v okolitom priestore. Veríme, že tieto zdroje sú navzájom konzistentné v nasledujúcom zmysle.

súdržnosť. O dvoch zdrojoch sa hovorí, že sú koherentné, ak majú rovnakú frekvenciu a konštantný, časovo nezávislý fázový rozdiel. Vlny generované takýmito zdrojmi sa tiež nazývajú koherentné.

Takže uvažujeme dva koherentné zdroje a . Pre jednoduchosť predpokladáme, že zdroje vyžarujú vlny rovnakej amplitúdy a fázový rozdiel medzi zdrojmi je nulový. Vo všeobecnosti sú tieto zdroje „presnými kópiami“ jeden druhého (v optike napríklad zdroj slúži ako obraz zdroja v niektorom optickom systéme).

V určitom bode sa pozoruje superpozícia vĺn vyžarovaných týmito zdrojmi. Všeobecne povedané, amplitúdy týchto vĺn v určitom bode nebudú rovnaké - koniec koncov, ako si pamätáme, amplitúda sférickej vlny je nepriamo úmerná vzdialenosti od zdroja a v rôznych vzdialenostiach sú amplitúdy vlny. prichádzajúce vlny sa ukážu byť iné. Ale v mnohých prípadoch je bod umiestnený dostatočne ďaleko od zdrojov - vo vzdialenosti oveľa väčšia ako vzdialenosť medzi samotnými zdrojmi. V takejto situácii rozdiel vo vzdialenostiach a nevedie k výraznému rozdielu v amplitúdach prichádzajúcich vĺn. Preto môžeme predpokladať, že amplitúdy vĺn v bode sa tiež zhodujú.

Maximálny a minimálny stav.

Množstvo však tzv rozdiel zdvihu, má prvoradý význam. Rozhodujúco od toho závisí, aký výsledok pridania prichádzajúcich vĺn v bode uvidíme.

V situácii na obr. 3 sa dráhový rozdiel rovná vlnovej dĺžke . Na segment sa totiž zmestia tri plné vlny a na segment štyri (toto je, samozrejme, len ilustrácia, napríklad v optike je dĺžka takýchto segmentov asi milión vlnových dĺžok). Je ľahké vidieť, že vlny v určitom bode sa sčítavajú vo fáze a vytvárajú oscilácie s dvojnásobnou amplitúdou - pozorujeme, ako sa hovorí, maximálne rušenie.

Je jasné, že podobná situácia nastane pre dráhový rozdiel rovný nielen vlnovej dĺžke, ale aj ľubovoľnému celému počtu vlnových dĺžok.

Maximálny stav . Keď sú koherentné vlny superponované, oscilácie v danom bode budú mať maximálnu amplitúdu, ak sa dráhový rozdiel rovná celému počtu vlnových dĺžok:

(1)

Teraz sa pozrime na obr. štyri . Na segment sa zmestia dve a pol vlny a na segment tri vlny. Dráhový rozdiel je polovica vlnovej dĺžky (d=\lambda /2 ).

Teraz je ľahké vidieť, že vlny v bode sa sčítavajú v protifáze a navzájom sa rušia - je to pozorované minimálne rušenie. To isté sa stane, ak sa ukáže, že dráhový rozdiel sa rovná polovici vlnovej dĺžky plus akékoľvek celé číslo vlnových dĺžok.

Minimálny stav .
Sčítané koherentné vlny sa navzájom rušia, ak sa dráhový rozdiel rovná polovičnému počtu vlnových dĺžok:

(2)

Rovnosť (2) možno prepísať takto:

Preto je aj minimálna podmienka formulovaná nasledovne: dráhový rozdiel sa musí rovnať nepárnemu počtu polovičných vlnových dĺžok.

interferenčný vzor.

Čo ak však dráhový rozdiel nadobudne inú hodnotu, ktorá sa nerovná celočíselnému alebo polovičnému počtu vlnových dĺžok? Potom vlny prichádzajúce do tohto bodu v ňom vytvárajú oscilácie s určitou strednou amplitúdou umiestnenou medzi nulou a dvojnásobnou hodnotou 2A amplitúdy jednej vlny. Táto stredná amplitúda môže nadobudnúť všetky hodnoty od 0 do 2A, keď sa dráhový rozdiel zmení z polovice celého čísla na celé číslo vlnových dĺžok.

V oblasti priestoru, kde sú vlny koherentných zdrojov a superponované, je teda pozorovaný stabilný interferenčný obrazec - pevné časovo nezávislé rozloženie amplitúd oscilácií. Totiž v každom bode danej oblasti nadobúda amplitúda kmitov svoju vlastnú hodnotu, ktorá je určená rozdielom v dráhe sem prichádzajúcich vĺn a táto hodnota amplitúdy sa časom nemení.

Takáto stacionárnosť interferenčného obrazca je zabezpečená koherenciou zdrojov. Ak sa napríklad fázový rozdiel zdrojov neustále mení, nevznikne stabilný interferenčný obrazec.

Teraz konečne môžeme povedať, čo je rušenie.

Rušenie - ide o interakciu vĺn, v dôsledku ktorej vzniká stabilný interferenčný obrazec, teda časovo nezávislé rozloženie amplitúd výsledných kmitov v bodoch oblasti, kde sa vlny navzájom prekrývajú.

Ak vlny, ktoré sa prekrývajú, vytvárajú stabilný interferenčný vzor, ​​potom jednoducho hovoria, že vlny interferujú. Ako sme zistili vyššie, rušiť môžu iba koherentné vlny. Keď sa napríklad dvaja zhovárajú, nevnímame okolo nich striedanie vysokých a nízkych úrovní hlasitosti; nedochádza k rušeniu, pretože v tomto prípade sú zdroje nekoherentné.

Na prvý pohľad sa môže zdať, že fenomén interferencie je v rozpore so zákonom zachovania energie – kam sa napríklad podelí energia, keď sa vlny navzájom úplne vyrušia? Ale, samozrejme, nedochádza k porušeniu zákona o zachovaní energie: energia sa jednoducho prerozdeľuje medzi rôzne časti interferenčného vzoru. Najväčšie množstvo energie je sústredené v interferenčných maximách a do bodov interferenčných miním nevstupuje vôbec žiadna energia.

Na obr. 5 znázorňuje interferenčný obrazec vytvorený superponovaním vĺn dvoch bodových zdrojov a . Obraz je postavený na predpoklade, že oblasť pozorovania rušenia je dostatočne vzdialená od zdrojov. Bodkovaná čiara označuje os symetrie interferenčného vzoru.

Farby bodov interferenčného vzoru na tomto obrázku sa menia z čiernej na bielu cez stredné odtiene šedej. Čierna farba - interferenčné minimá, biela farba - interferenčné maximá; šedá farba je stredná hodnota amplitúdy a čím väčšia je amplitúda v danom bode, tým je samotný bod jasnejší.

Všimnite si rovný biely pruh, ktorý prechádza pozdĺž osi symetrie obrazu. Tu sú tzv centrálne výšky. Akýkoľvek bod tejto osi je skutočne rovnako vzdialený od zdrojov (rozdiel dráhy je nulový), takže v tomto bode bude pozorované interferenčné maximum.

Zvyšné biele pruhy a všetky čierne pruhy sú mierne zakrivené; možno ukázať, že ide o vetvy hyperbol. V oblasti, ktorá sa nachádza vo veľkej vzdialenosti od zdrojov, je však zakrivenie bielych a čiernych pruhov sotva viditeľné a tieto pruhy vyzerajú takmer rovno.

Skúsenosti s rušením znázornené na obr. 5 spolu so zodpovedajúcou metódou na výpočet interferenčného vzoru Youngova schéma. Táto schéma je základom slávneho
Youngove skúsenosti (o ktorých bude reč v téme Difrakcia svetla). Mnohé experimenty o interferencii svetla tak či onak sú zredukované na Youngovu schému.

V optike sa interferenčný obrazec zvyčajne pozoruje na obrazovke. Pozrime sa na Obr. 5 a predstavte si obrazovku umiestnenú kolmo na bodkovanú os.
Na tejto obrazovke uvidíme striedanie svetla a tmy interferenčných prúžkov.

Na obr. 6 sínusoida zobrazuje rozloženie osvetlenia pozdĺž obrazovky. V bode O, umiestnenom na osi symetrie, je centrálne maximum. Prvé maximum v hornej časti obrazovky, susediace s centrálnym, je v bode A. Vyššie sú druhé, tretie (a tak ďalej) maximum.

Ryža. 6. Rušivý vzor na obrazovke

Nazýva sa vzdialenosť rovnajúca sa vzdialenosti medzi akýmikoľvek dvoma susednými vrcholmi alebo minimami šírka strapcov. Teraz ideme nájsť túto hodnotu.

Zdroje nech sú od seba vzdialené a obrazovka je umiestnená v určitej vzdialenosti od zdrojov (obr. 7). Obrazovka nahradená osou; pôvod, ako je uvedené vyššie, zodpovedá centrálnemu maximu.

Body a slúžia ako projekcie bodov a na os a sú umiestnené symetricky vzhľadom na bod. Máme: .

Bod pozorovania môže byť kdekoľvek na osi (na obrazovke). bodová súradnica
označujeme . Zaujíma nás, pri akých hodnotách v bode bude pozorované maximum rušenia.

Vlna vyžarovaná zdrojom prejde vzdialenosť:

. (3)

Teraz si pamätajte, že vzdialenosť medzi zdrojmi je oveľa menšia ako vzdialenosť medzi zdrojmi a obrazovkou: . Navyše pri takýchto interferenčných experimentoch je súradnica pozorovacieho bodu tiež oveľa menšia. To znamená, že druhý výraz pod koreňom vo výraze (3) je oveľa menší ako jeden:

Ak áno, môžete použiť približný vzorec:

(4)

Aplikovaním na výraz (4) dostaneme:

(5)

Rovnakým spôsobom vypočítame vzdialenosť, ktorú vlna prejde od zdroja k pozorovaciemu bodu:

. (6)

Aplikovaním približného vzorca (4) na výraz (6) dostaneme:

. (7)

Odčítaním výrazov (7) a (5) nájdeme rozdiel v ceste:

. (8)

Nech je vlnová dĺžka vyžarovaná zdrojmi. Podľa podmienky (1) bude pozorované interferenčné maximum v bode, ak sa dráhový rozdiel rovná celému číslu vlnových dĺžok:

Odtiaľ dostaneme súradnice maxím v hornej časti obrazovky (v spodnej časti sú maximá symetrické):

Pri , získame, samozrejme, (centrálne maximum). Prvé maximum blízko stredu zodpovedá hodnote a má súradnicu Šírka interferenčného prúžku bude rovnaká.

Uvažujme teraz o situácii, keď nie je jeden, ale niekoľko zdrojov vĺn (oscilátorov). Vlny, ktoré vyžarujú v určitej oblasti priestoru, budú mať kumulatívny účinok. Skôr než začneme s analýzou toho, čo sa môže stať v dôsledku toho, zastavme sa najprv pri veľmi dôležitom fyzikálnom princípe, ktorý budeme opakovane používať v našom kurze - princíp superpozície. Jeho podstata je jednoduchá.

Predpokladajme, že nie je jeden, ale niekoľko zdrojov rušenia (môžu to byť mechanické oscilátory, elektrické náboje atď.). Čo zaznamená zariadenie, ktoré súčasne registruje rušenie média zo všetkých zdrojov? Ak sa zložky komplexného dopadového procesu vzájomne neovplyvňujú, potom výsledný efekt bude súčtom efektov spôsobených každým dopadom samostatne, bez ohľadu na prítomnosť ostatných – ide o princíp superpozície, t.j. prekrytia. Tento princíp je rovnaký pre mnohé javy, ale jeho matematický zápis môže byť odlišný v závislosti od povahy uvažovaných javov – vektorový alebo skalárny.

Princíp superpozície vĺn nie je splnený vo všetkých prípadoch, ale len v takzvaných lineárnych prostrediach. Do úvahy prichádza napríklad médium lineárny, ak sú jeho častice pod pôsobením elastickej (kvázielastickej) vratnej sily. Prostredia, v ktorých princíp superpozície neplatí, sa nazývajú nelineárne. Keď sa teda šíria vlny vysokej intenzity, lineárne médium sa môže stať nelineárnym. Vznikajú mimoriadne zaujímavé a technicky dôležité javy. Toto sa pozoruje pri šírení vysokovýkonného ultrazvuku (v akustike) alebo laserových lúčov v kryštáloch (v optike) v médiu. Vedecké a technické oblasti, ktoré sa zaoberajú štúdiom týchto javov, sa nazývajú nelineárna akustika a nelineárna optika.

Budeme brať do úvahy iba lineárne efekty. Ako sa aplikuje na vlny, princíp superpozície uvádza, že každá z nich?, (x, t) sa šíri bez ohľadu na to, či sú v danom prostredí zdroje iných vĺn alebo nie. Matematicky v prípade šírenia N vlny pozdĺž osi X, vyjadruje sa to takto

kde c(x, 1)- celková (výsledná) vlna.

Uvažujme superpozíciu dvoch monochromatických vĺn rovnakej frekvencie w a polarizácie šíriacej sa v rovnakom smere (os X) z dvoch zdrojov

Výsledok ich sčítania budeme pozorovať v určitom bode M, tie. opraviť súradnicu x = x m v rovniciach popisujúcich obe vlny:

Zároveň sme odstránili dvojitú periodicitu procesu a premenili vlny na oscilácie vyskytujúce sa v jednom bode. M s jedným časovým obdobím T= 2l/co a líšia sa v počiatočných fázach Ф, = na g x m a f2= krs m, tie.

a

Teraz nájdite výsledný proces t (t) v bode M musíme pridať 2,! a q2: W)= ^i(0 + с 2 (0- Môžeme použiť výsledky získané skôr v pododdiele 2.3.1. Pomocou vzorca (2.21) získame amplitúdu celkovej oscilácie ALE, vyjadrené prostredníctvom ALE, f! a A 2, fg rád

Význam A m(amplitúda celkovej oscilácie v bode M) závisí od rozdielu fáz kmitov Af = f 2 - f). Čo sa stane v prípade rôznych hodnôt Φ, je podrobne popísané v pododdiele 2.3.1. Najmä, ak tento rozdiel Af zostáva konštantný po celý čas, potom sa v závislosti od jeho hodnoty môže ukázať, že v prípade rovnosti amplitúd ALE = A 2 \u003d A výsledná amplitúda A m bude nula alebo 2 ALE.

Aby bolo možné pozorovať jav zvýšenia alebo zníženia amplitúdy pri superponovaní vĺn (interferencia), je potrebné, ako už bolo spomenuté, aby fázový rozdiel Df \u003d f 2 - f! zostal konštantný. Táto požiadavka znamená, že musia existovať výkyvy koherentný. Zdroje výkyvov sú tzv koherentný", ak sa fázový rozdiel nimi vybudených kmitov v priebehu času nemení. Vlny generované takýmito zdrojmi sú tiež koherentný. Okrem toho je potrebné, aby spojené vlny boli rovnako polarizované, t.j. aby k posunom častíc v nich dochádzalo napríklad v jednej rovine.

Je vidieť, že realizácia vlnovej interferencie si vyžaduje dodržanie niekoľkých podmienok. Vo vlnovej optike to znamená vytvorenie koherentných zdrojov a implementáciu metódy kombinovania nimi vybudených vĺn.

1 Rozlišujte medzi koherenciou (z lat. cohaerens- „v súvislosti“) časová, spojená s monochromaticitou vĺn, o ktorej sa hovorí v tejto časti, a priestorovou koherenciou, ktorej narušenie je typické pre rozšírené zdroje žiarenia (najmä vyhrievané telesá). Nezohľadňujeme znaky priestorovej koherencie (a inkoherencie).

Rovnica stojatej vlny.

V dôsledku superpozície dvoch protibežných rovinných vĺn s rovnakou amplitúdou je výsledný oscilačný proces tzv. stojatá vlna . Prakticky stojaté vlny vznikajú pri odraze od prekážok. Napíšme rovnice dvoch rovinných vĺn šíriacich sa v opačných smeroch (počiatočná fáza):

Pridajme rovnice a transformujme podľa vzorca súčtu kosínusov: . Pretože , potom môžeme napísať: . Vzhľadom na to, dostávame rovnica stojatej vlny : . Výraz pre fázu nezahŕňa súradnicu, takže môžete napísať: , kde je celková amplitúda .

Rušenie vĺn- také uloženie vĺn, pri ktorom dochádza v niektorých bodoch priestoru k ich vzájomnému zosilneniu, stabilnému v čase, v iných k útlmu, v závislosti od pomeru medzi fázami týchto vĺn. Nevyhnutné podmienky pozorovať rušenie:

1) vlny musia mať rovnaké (alebo blízke) frekvencie, aby sa obraz, ktorý vznikne superpozíciou vĺn, v čase nemenil (alebo sa nemenil veľmi rýchlo, aby sa dal v čase zaregistrovať);

2) vlny musia byť jednosmerné (alebo mať blízky smer); dve kolmé vlny nikdy nebudú rušiť. Inými slovami, pridané vlny musia mať rovnaké vlnové vektory. Vlny, pre ktoré sú splnené tieto dve podmienky, sa nazývajú koherentný. Prvá podmienka je niekedy tzv časová súdržnosť, druhý - priestorová súdržnosť. Uvažujme ako príklad výsledok pridania dvoch identických jednosmerných sínusoidov. Budeme variovať len ich relatívny posun. Ak sú sínusoidy umiestnené tak, že sa ich maximá (a minimá) v priestore zhodujú, dôjde k ich vzájomnému zosilneniu. Ak sú sínusoidy voči sebe posunuté o polovicu periódy, maximá jednej pripadnú na minimá druhej; sínusoidy sa navzájom zničia, to znamená, že dôjde k ich vzájomnému oslabeniu. Pridáme dve vlny:

tu x 1 a x 2- vzdialenosti od zdrojov vĺn k bodu v priestore, kde pozorujeme výsledok prekrytia. Druhá mocnina amplitúdy výslednej vlny je daná vzťahom:

Maximum tohto výrazu je 4A2, minimum - 0; všetko závisí od rozdielu v počiatočných fázach a od takzvaného rozdielu dráhy vĺn D:

V danom bode v priestore bude pozorované interferenčné maximum, pri - interferenčné minimum Ak bod pozorovania vzdialime od priamky spájajúcej zdroje, ocitneme sa v oblasti priestoru, kde sa interferenčný obrazec mení od bod k bodu. V tomto prípade budeme pozorovať interferenciu vĺn s rovnakými frekvenciami a blízkymi vlnovými vektormi.

Elektromagnetické vlny. Elektromagnetické žiarenie je porucha (zmena skupenstva) elektromagnetického poľa (t. j. elektrického a magnetického poľa vzájomne pôsobiaceho), ktoré sa šíri v priestore. Spomedzi elektromagnetických polí vo všeobecnosti, generovaných elektrickými nábojmi a ich pohybom, je zvykom prisudzovať žiareniu tú časť striedavých elektromagnetických polí, ktorá je schopná sa šíriť najďalej od svojich zdrojov - pohybujúce sa náboje, ktoré so vzdialenosťou miznú najpomalšie. Elektromagnetické žiarenie sa delí na rádiové vlny, infračervené žiarenie, viditeľné svetlo, ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie a gama žiarenie. Elektromagnetické žiarenie sa môže šíriť takmer vo všetkých prostrediach. Vo vákuu (priestor bez hmoty a telies, ktoré pohlcujú alebo vyžarujú elektromagnetické vlny) sa elektromagnetické žiarenie šíri bez útlmu na ľubovoľne veľké vzdialenosti, no v niektorých prípadoch sa šíri celkom dobre v priestore vyplnenom hmotou (hoci trochu mení svoje správanie) Za hlavné charakteristiky elektromagnetického žiarenia sa považuje frekvencia, vlnová dĺžka a polarizácia. Vlnová dĺžka priamo súvisí s frekvenciou prostredníctvom (skupinovej) rýchlosti žiarenia. Skupinová rýchlosť šírenia elektromagnetického žiarenia vo vákuu sa rovná rýchlosti svetla, v iných prostrediach je táto rýchlosť menšia. Fázová rýchlosť elektromagnetického žiarenia vo vákuu sa tiež rovná rýchlosti svetla, v rôznych prostrediach môže byť buď menšia alebo väčšia ako rýchlosť svetla.

Aká je povaha svetla. Rušenie svetla. Koherencia a monochromatickosť svetelných vĺn. Aplikácia interferencie svetla. Difrakcia svetla. Huygensov-Fresnelov princíp. Metóda Fresnelovej zóny. Fresnelova difrakcia kruhovým otvorom. rozptyl svetla. Elektronická teória rozptylu svetla. polarizácia svetla. Prirodzené a polarizované svetlo. Stupeň polarizácie. Polarizácia svetla pri odraze a lomu na rozhraní dvoch dielektrík. Polaroidy

Aká je povaha svetla. Prvé teórie o povahe svetla – korpuskulárne a vlnové – sa objavili v polovici 17. storočia. Svetlo je podľa korpuskulárnej teórie (alebo teórie výdychu) prúd častíc (teliesok), ktoré sú vyžarované svetelným zdrojom. Tieto častice sa pohybujú v priestore a interagujú s hmotou podľa zákonov mechaniky. Táto teória dobre vysvetlila zákony priamočiareho šírenia svetla, jeho odrazu a lomu. Zakladateľom tejto teórie je Newton. Svetlo je podľa vlnovej teórie elastické pozdĺžne vlnenie v špeciálnom prostredí, ktoré vypĺňa celý priestor – svietiacom éteri. Šírenie týchto vĺn popisuje Huygensov princíp. Každý bod éteru, ku ktorému sa vlnový proces dostal, je zdrojom elementárnych sekundárnych sférických vĺn, ktorých obal tvorí nové čelo éterových kmitov. Hypotézu o vlnovej povahe svetla predložil Hooke a rozvinul ju v prácach Huygensa, Fresnela a Younga. Koncept elastického éteru viedol k neriešiteľným rozporom. Ukázal sa napríklad fenomén polarizácie svetla. že svetelné vlny sú priečne. Elastické priečne vlny sa môžu šíriť len v pevných látkach, kde dochádza k šmykovej deformácii. Preto musí byť éter pevným médiom, no zároveň nesmie brániť pohybu vesmírnych objektov. Exotické vlastnosti elastického éteru boli významným nedostatkom pôvodnej vlnovej teórie. Rozpory vlnovej teórie vyriešil v roku 1865 Maxwell, ktorý dospel k záveru, že svetlo je elektromagnetické vlnenie. Jedným z argumentov v prospech tohto tvrdenia je zhoda rýchlosti elektromagnetických vĺn, teoreticky vypočítanej Maxwellom, s rýchlosťou svetla, stanovenou experimentálne (v experimentoch Roemera a Foucaulta). Podľa moderných koncepcií má svetlo dvojitú korpuskulárno-vlnovú povahu. Pri niektorých javoch svetlo odhaľuje vlastnosti vĺn a pri iných vlastnosti častíc. Vlnové a kvantové vlastnosti sa navzájom dopĺňajú.

Rušenie vĺn.
je superpozícia koherentných vĺn
- charakteristické pre vlny akejkoľvek povahy (mechanické, elektromagnetické atď.

koherentné vlny sú vlny vyžarované zdrojmi, ktoré majú rovnakú frekvenciu a konštantný fázový rozdiel. Keď sú koherentné vlny superponované v akomkoľvek bode v priestore, amplitúda oscilácií (posunutie) tohto bodu bude závisieť od rozdielu vo vzdialenostiach od zdrojov k uvažovanému bodu. Tento rozdiel vzdialeností sa nazýva dráhový rozdiel.
Keď sú koherentné vlny superponované, sú možné dva obmedzujúce prípady:
1) Maximálna podmienka: Dráhový rozdiel sa rovná celému počtu vlnových dĺžok (inak párnemu počtu polovičných vlnových dĺžok).
kde . V tomto prípade vlny v uvažovanom bode prichádzajú s rovnakými fázami a navzájom sa posilňujú - amplitúda kmitov tohto bodu je maximálna a rovná sa dvojnásobnej amplitúde.

2) Minimálna podmienka: Rozdiel dráhy sa rovná nepárnemu počtu polovičných vlnových dĺžok. kde . Vlny prichádzajú do uvažovaného bodu v protifáze a navzájom sa rušia. Amplitúda oscilácie tohto bodu sa rovná nule. V dôsledku superpozície koherentných vĺn (interferencie vĺn) vzniká interferenčný obrazec. Keď vlny interferujú, amplitúda kmitov každého bodu sa v čase nemení a zostáva konštantná. Keď sú nekoherentné vlny superponované, nevzniká interferenčný vzor, ​​pretože amplitúda oscilácií každého bodu sa mení s časom.

Koherencia a monochromatickosť svetelných vĺn. Interferenciu svetla možno vysvetliť zvážením interferencií vĺn. Nevyhnutnou podmienkou interferencie vĺn je ich súdržnosť t.j. koordinovaný tok v čase a priestore viacerých oscilačných alebo vlnových procesov. Táto podmienka je splnená monochromatické vlny- Neobmedzené vo vesmírnych vlnách jednej určitej a prísne konštantnej frekvencie. Keďže žiadny skutočný zdroj neprodukuje striktne monochromatické svetlo, vlny vyžarované akýmkoľvek nezávislým zdrojom svetla sú vždy nekoherentné. V dvoch nezávislých svetelných zdrojoch vyžarujú atómy nezávisle na sebe. V každom z týchto atómov je proces žiarenia konečný a trvá veľmi krátky čas ( t » 10 – 8 s). Počas tejto doby sa excitovaný atóm vráti do normálneho stavu a emisia svetla prestane. Atóm opäť vzrušený začne vyžarovať svetelné vlny, ale s novou počiatočnou fázou. Keďže fázový rozdiel medzi žiarením dvoch takýchto nezávislých atómov sa mení s každým novým aktom emisie, vlny spontánne vyžarované atómami akéhokoľvek svetelného zdroja sú nekoherentné. Vlny emitované atómami majú teda približne konštantnú amplitúdu a fázu kmitov iba počas časového intervalu 10–8 s, pričom amplitúda aj fáza sa menia počas dlhšieho časového obdobia.

Aplikácia interferencie svetla. Fenomén interferencie je spôsobený vlnovou povahou svetla; jeho kvantitatívne vzorce závisia od vlnovej dĺžky l 0 Preto sa tento jav používa na potvrdenie vlnovej povahy svetla a na meranie vlnových dĺžok. Fenomén rušenia sa využíva aj na zlepšenie kvality optických zariadení ( osveta optiky) a získanie vysoko reflexných povlakov. Prechod svetla cez každý lomivý povrch šošovky, napríklad cez rozhranie sklo-vzduch, je sprevádzaný odrazom ≈4 % dopadajúceho toku (s indexom lomu skla ≈1,5). Keďže moderné šošovky obsahujú veľké množstvo šošoviek, počet odrazov v nich je veľký, a preto je veľká aj strata svetelného toku. Dochádza tak k zoslabeniu intenzity prechádzajúceho svetla a zníženiu svietivosti optického zariadenia. Odrazy od povrchov šošoviek navyše vedú k oslneniu, ktoré často (napríklad vo vojenskej technike) demaskuje polohu zariadenia. Na odstránenie týchto nedostatkov sa používa tzv osvetlenie optiky. Na tento účel sa na voľné povrchy šošoviek nanesú tenké filmy s indexom lomu nižším ako má materiál šošoviek. Keď sa svetlo odráža od rozhrania vzduch-film a film-sklo, dochádza k interferencii koherentných lúčov. Hrúbka filmu d a indexy lomu skla n c a film n možno zvoliť tak, aby sa vlny odrazené od oboch povrchov fólie navzájom rušili. Aby to bolo možné, ich amplitúdy musia byť rovnaké a rozdiel optickej dráhy je rovný . Výpočet ukazuje, že amplitúdy odrazených lúčov sú rovnaké, ak Od n s, n a index lomu vzduchu n 0 splniť podmienky n c > n>n 0, potom dôjde k strate polvlny na oboch povrchoch; teda minimálna podmienka (predpokladáme, že svetlo dopadá normálne, t.j. i= 0), , kde nd-hrúbka optického filmu. Zvyčajne akceptované m=0 teda

Difrakcia svetla. Huygensov-Fresnelov princíp.Difrakcia svetla- odchýlka svetelných vĺn od priamočiareho šírenia, zaobľovanie narazených prekážok. Kvalitatívne je fenomén difrakcie vysvetlený na základe Huygensovho-Fresnelovho princípu. Vlnová plocha v každom okamihu nie je len obalom sekundárnych vĺn, ale výsledkom interferencie. Príklad. Rovinná svetelná vlna dopadajúca na nepriehľadnú obrazovku s otvorom. Za clonou je čelo výslednej vlny (obálka všetkých sekundárnych vĺn) ohnuté, v dôsledku čoho sa svetlo odchyľuje od pôvodného smeru a vstupuje do oblasti geometrického tieňa. Zákony geometrickej optiky sú presne splnené iba vtedy, ak sú rozmery prekážok v dráhe šírenia svetla oveľa väčšie ako vlnová dĺžka svetelnej vlny: K difrakcii dochádza, keď sú rozmery prekážok úmerné vlnovej dĺžke: L ~ L. Difrakčný obrazec získaný na obrazovke umiestnenej za rôznymi prekážkami je výsledkom interferencie: striedania svetlých a tmavých pásov (pre monochromatické svetlo) a viacfarebných pásov (pre biele svetlo). Difrakčná mriežka - optické zariadenie, ktoré je súborom veľkého počtu veľmi úzkych štrbín oddelených nepriehľadnými medzerami. Počet zdvihov v dobrých difrakčných mriežkach dosahuje niekoľko tisíc na 1 mm. Ak je šírka priehľadnej medzery (alebo reflexných pruhov) a a šírka nepriehľadných medzier (alebo pruhov rozptyľujúcich svetlo) je b, potom sa hodnota d = a + b nazýva mriežkové obdobie.

Je potrebný silnejší dôkaz, že svetlo sa pri šírení šíri ako vlna. Akýkoľvek pohyb vĺn je charakterizovaný javmi interferencie a difrakcie. Aby sme si boli istí, že svetlo má vlnovú povahu, je potrebné nájsť experimentálne dôkazy o interferencii a difrakcii svetla.

Interferencia je pomerne zložitý jav. Aby sme lepšie pochopili jeho podstatu, najprv sa zastavíme pri interferencii mechanických vĺn.

Pridanie vĺn. Veľmi často sa v médiu šíri súčasne niekoľko rôznych vĺn. Napríklad, keď sa v miestnosti rozpráva niekoľko ľudí, zvukové vlny sa prekrývajú. Čo sa deje?

Najjednoduchší spôsob, ako sledovať superpozíciu mechanických vĺn, je pozorovať vlny na hladine vody. Ak hodíme do vody dva kamene, čím vytvoríme dve prstencové vlny, je ľahké vidieť, že každá vlna prechádza cez druhú a správa sa ďalej, ako keby tá druhá vlna vôbec neexistovala. Podobne sa vzduchom môže súčasne šíriť ľubovoľný počet zvukových vĺn bez toho, aby sa navzájom rušili. Mnohé hudobné nástroje v orchestri alebo hlasy v zbore vytvárajú zvukové vlny, ktoré súčasne zachytáva naše ucho. Okrem toho je ucho schopné rozlíšiť jeden zvuk od druhého.

Teraz sa pozrime bližšie na to, čo sa deje na miestach, kde sa vlny prekrývajú. Pri pozorovaní vĺn na vodnej hladine z dvoch kameňov hodených do vody si možno všimnúť, že niektoré časti hladiny nie sú narušené, na iných miestach sa narušenie ešte zintenzívnilo. Ak sa dve vlny stretnú na jednom mieste s hrebeňmi, potom sa na tomto mieste zväčšuje rozrušenie vodnej hladiny.

Ak sa naopak hrebeň jednej vlny stretne s korytom druhej, hladina vody nebude narušená.

Vo všeobecnosti sa v každom bode média oscilácie spôsobené dvoma vlnami jednoducho sčítajú. Výsledné posunutie ktorejkoľvek častice média je algebraickým (t. j. s prihliadnutím na ich znamienka) súčtom posunov, ktoré by nastali počas šírenia jednej z vĺn v neprítomnosti druhej.

Rušenie. Sčítanie vĺn v priestore, v ktorom sa vytvára časovo konštantné rozloženie amplitúd výsledných kmitov, sa nazýva interferencia.

Poďme zistiť, za akých podmienok dochádza k interferencii vĺn. Aby ste to urobili, zvážte podrobnejšie pridanie vĺn vytvorených na povrchu vody.

Pomocou dvoch guľôčok upevnených na tyči, ktorá vykonáva harmonické kmity, môžete vo vani súčasne vybudiť dve kruhové vlny (obr. 118). V ktoromkoľvek bode M na vodnej hladine (obr. 119) sa sčítajú oscilácie spôsobené dvomi vlnami (zo zdrojov O 1 a O 2). Amplitúdy kmitov spôsobených v bode M oboma vlnami budú vo všeobecnosti rôzne, pretože vlny sa pohybujú rôznymi dráhami d 1 a d 2 . Ak je však vzdialenosť l medzi zdrojmi oveľa menšia ako tieto dráhy (l « d 1 a l « d 2), potom obe amplitúdy
možno považovať za takmer rovnaké.

Výsledok sčítania vĺn prichádzajúcich do bodu M závisí od fázového rozdielu medzi nimi. Po prejdení rôznych vzdialeností d 1 a d 2 majú vlny dráhový rozdiel Δd = d 2 -d 1 . Ak sa dráhový rozdiel rovná vlnovej dĺžke λ, potom sa druhá vlna oneskorí v porovnaní s prvou presne o jednu periódu (práve v perióde vlna prejde vzdialenosť rovnajúcu sa vlnovej dĺžke). V dôsledku toho sa v tomto prípade hrebene (rovnako ako žľaby) oboch vĺn zhodujú.

Maximálny stav. Obrázok 120 ukazuje časovú závislosť posunov X 1 a X 2 spôsobených dvoma vlnami pri Δd= λ. Fázový rozdiel kmitov je rovný nule (alebo, čo je rovnaké, 2n, keďže perióda sínusu je 2n). V dôsledku sčítania týchto kmitov vzniká výsledné kmitanie s dvojnásobnou amplitúdou. Kolísanie výsledného posunu na obrázku je znázornené farebne (bodkovaná čiara). To isté sa stane, ak sa na segment Δd nezmestí jedna, ale ľubovoľný celý počet vlnových dĺžok.

Amplitúda oscilácií média v danom bode je maximálna, ak sa rozdiel medzi dráhami dvoch vĺn, ktoré v tomto bode vybudia oscilácie, rovná celému počtu vlnových dĺžok:

kde k=0,1,2,....

Minimálny stav. Teraz nech sa polovica vlnovej dĺžky zmestí na segment Δd. Je zrejmé, že v tomto prípade druhá vlna zaostáva za prvou o pol periódy. Fázový rozdiel sa rovná n, t.j. oscilácie sa vyskytnú v protifáze. V dôsledku sčítania týchto kmitov je amplitúda výsledného kmitania nulová, to znamená, že v uvažovanom bode nie sú žiadne kmity (obr. 121). To isté sa stane, ak sa na segment zmestí akýkoľvek nepárny počet polvln.

Amplitúda kmitov média v danom bode je minimálna, ak sa rozdiel medzi dráhami dvoch vĺn, ktoré v tomto bode vybudia kmitanie, rovná nepárnemu počtu polvĺn:

Ak rozdiel zdvihov d 2 - d 1 nadobúda strednú hodnotu
medzi λ a λ/2, potom amplitúda výsledného kmitania nadobudne nejakú strednú hodnotu medzi dvojnásobnou amplitúdou a nulou. Ale čo je najdôležitejšie, amplitúda oscilácie v ktoromkoľvek bode sa mení s časom. Na povrchu vody dochádza k určitému, časovo nemennému rozloženiu amplitúd kmitania, ktoré sa nazýva interferenčný obrazec. Obrázok 122 zobrazuje kresbu z fotografie interferenčného obrazca dvoch kruhových vĺn z dvoch zdrojov (čierne krúžky). Biele oblasti v strede fotografie zodpovedajú výkyvom, zatiaľ čo tmavé oblasti zodpovedajú minimám.

koherentné vlny. Pre vytvorenie stabilného interferenčného obrazca je potrebné, aby zdroje vĺn mali rovnakú frekvenciu a fázový rozdiel ich kmitov bol konštantný.

Zdroje, ktoré spĺňajú tieto podmienky, sa nazývajú koherentné. Vlny nimi vytvorené sa nazývajú aj koherentné. Stabilný interferenčný obrazec sa vytvorí až po pridaní koherentných vĺn.

Ak fázový rozdiel kmitov zdrojov nezostane konštantný, potom sa v ktoromkoľvek bode prostredia zmení fázový rozdiel kmitov vybudených dvoma vlnami. Preto sa amplitúda výsledných kmitov v priebehu času mení. V dôsledku toho sa maximá a minimá pohybujú v priestore a interferenčný obrazec je rozmazaný.

Rozloženie energie pri rušení. Vlny nesú energiu. Čo sa stane s touto energiou, keď sa vlny navzájom zrušia? Možno sa zmení na iné formy a teplo sa uvoľní v minimách interferenčného obrazca? Nič také. Prítomnosť minima v danom bode interferenčného obrazca znamená, že energia sem vôbec nevstupuje. V dôsledku rušenia sa energia prerozdeľuje v priestore. Nie je rozložená rovnomerne na všetky častice média, ale je koncentrovaná v maximách vďaka tomu, že vôbec nevstupuje do miním.

RUŠENIE SVETELNÝCH VLN

Ak je svetlo prúdom vĺn, potom by sa mal pozorovať fenomén interferencie svetla. Nie je však možné získať interferenčný obrazec (striedajúce sa maximá a minimá osvetlenia) pomocou dvoch nezávislých svetelných zdrojov, ako sú dve žiarovky. Rozsvietením ďalšej žiarovky sa len zvýši osvetlenie plochy, ale nevytvorí sa striedanie miním a maxím osvetlenia.

Poďme zistiť, čo je dôvodom a za akých podmienok je možné pozorovať interferenciu svetla.

Podmienka koherencie svetelných vĺn. Dôvodom je, že svetelné vlny vyžarované rôznymi zdrojmi nie sú navzájom koordinované. Na získanie stabilného interferenčného vzoru sú potrebné prispôsobené vlny. Musia mať rovnaké vlnové dĺžky a konštantný fázový rozdiel v akomkoľvek bode priestoru. Pripomeňme, že takéto prispôsobené vlny s rovnakými vlnovými dĺžkami a konštantným fázovým rozdielom sa nazývajú koherentné.

Takmer presná rovnosť vlnových dĺžok z dvoch zdrojov nie je ťažké dosiahnuť. Na to stačí použiť dobré filtre, ktoré prepúšťajú svetlo vo veľmi úzkom rozsahu vlnových dĺžok. Ale nie je možné realizovať stálosť fázového rozdielu z dvoch nezávislých zdrojov. Atómy zdrojov vyžarujú svetlo nezávisle od seba ako samostatné „útržky“ (vlaky) sínusových vĺn, ktoré majú dĺžku asi meter. A takéto vlaky vĺn z oboch zdrojov sú na seba navrstvené. V dôsledku toho sa amplitúda kmitov v ktoromkoľvek bode priestoru mení chaoticky s časom v závislosti od toho, ako sú v danom čase navzájom fázovo posunuté sledy vĺn z rôznych zdrojov. Vlny z rôznych svetelných zdrojov sú nekoherentné v dôsledku skutočnosti, že fázový rozdiel vĺn nezostáva konštantný. Nie je pozorovaný žiadny stabilný obraz s určitým rozložením maxím a miním osvetlenia v priestore.

Interferencia v tenkých vrstvách. Napriek tomu možno pozorovať interferenciu svetla. Kuriozitou je, že to bolo pozorované veľmi dávno, ale oni si to len neuvedomili.

Aj vy ste už veľakrát videli interferenčný obrazec, keď ste sa ako dieťa zabávali fúkaním mydlových bublín alebo pozorovaním dúhového prelievania farieb tenkého filmu petroleja alebo oleja na hladine vody. „Mydlová bublina plávajúca vo vzduchu... sa rozsvieti všetkými odtieňmi farieb, ktoré sú vlastné okolitým objektom. Mydlová bublina je možno tým najúžasnejším zázrakom prírody“ (Mark Twain). Práve interferencia svetla robí mydlovú bublinu takou obdivuhodnou.

Anglický vedec Thomas Young ako prvý prišiel s geniálnou myšlienkou o možnosti vysvetliť farby tenkých vrstiev pridaním vĺn 1 a 2 (obr. 123), z ktorých jedna (1) sa odráža od vonkajšieho povrchu film a druhý (2) z vnútorného. V tomto prípade dochádza k interferencii svetelných vĺn - pridanie dvoch vĺn, v dôsledku čoho sa v čase pozoruje stabilný vzor zosilnenia alebo zoslabenia výsledných svetelných vibrácií v rôznych bodoch priestoru. Výsledok interferencie (zosilnenie alebo zoslabenie výsledných kmitov) závisí od uhla dopadu svetla na film, jeho hrúbky a vlnovej dĺžky. Zosilnenie svetla nastane, ak lomená vlna 2 zaostane za odrazenou vlnou 1 o celé číslo vlnových dĺžok. Ak druhá vlna zaostáva za prvou o polovicu vlnovej dĺžky alebo o nepárny počet polovičných vĺn, potom bude svetlo zoslabené.

Súdržnosť vĺn odrazených od vonkajšieho a vnútorného povrchu fólie je zabezpečená tým, že ide o časti rovnakého svetelného lúča. Sled vĺn z každého emitujúceho atómu je rozdelený filmom na dve časti a potom sa tieto časti spoja a interferujú.

Jung si tiež uvedomil, že rozdiel vo farbe je spôsobený rozdielom vo vlnovej dĺžke (alebo frekvencii) svetelných vĺn. Svetelné lúče rôznych farieb zodpovedajú vlnám rôznych dĺžok. Na vzájomné zosilnenie vĺn líšiacich sa dĺžkou (predpokladá sa, že uhly dopadu sú rovnaké) sú potrebné rôzne hrúbky filmu. Preto, ak má fólia nerovnakú hrúbku, potom pri osvetlení bielym svetlom by sa mali objaviť rôzne farby.

Jednoduchý interferenčný obrazec vzniká v tenkej vrstve vzduchu medzi sklenenou doskou a na nej umiestnenou plankonvexnou šošovkou, ktorej guľový povrch má veľký polomer zakrivenia. Tento interferenčný obrazec má vzhľad sústredných prstencov, nazývaných Newtonove prstence.

Vezmite plankonvexnú šošovku s malým zakrivením guľového povrchu a položte ju na sklenenú dosku. Pri pozornom skúmaní rovného povrchu šošovky (najlepšie cez lupu) nájdete v mieste kontaktu šošovky s platňou tmavú škvrnu a okolo nej súpravu malých dúhových krúžkov. Vzdialenosti medzi susednými prstencami sa so zväčšovaním ich polomeru rýchlo zmenšujú (obr. 111). Toto sú Newtonove prstene. Newton ich pozoroval a študoval nielen v bielom svetle, ale aj vtedy, keď bola šošovka osvetlená jednofarebným (monochromatickým) lúčom. Ukázalo sa, že polomery krúžkov rovnakého sériového čísla sa zväčšujú pri prechode z fialového konca spektra na červený; červené krúžky majú maximálny polomer. To všetko môžete skontrolovať pomocou nezávislých pozorovaní.

Newton nedokázal uspokojivo vysvetliť, prečo vznikajú prstence. Jung uspel. Sledujme priebeh jeho uvažovania. Vychádzajú z predpokladu, že svetlo sú vlny. Uvažujme prípad, keď vlna určitej dĺžky dopadá takmer kolmo na plankonvexnú šošovku (obr. 124). Vlna 1 sa objavuje ako výsledok odrazu od konvexného povrchu šošovky na rozhraní sklo-vzduch a vlna 2 - ako výsledok odrazu od dosky na rozhraní vzduch-sklo. Tieto vlny sú koherentné: majú rovnakú dĺžku a konštantný fázový rozdiel, ku ktorému dochádza v dôsledku skutočnosti, že vlna 2 prejde väčšiu vzdialenosť ako vlna 1. Ak druhá vlna zaostáva za prvou o celý počet vlnových dĺžok, potom, sčítaním, vlny zosilňujú každého priateľa. Vibrácie, ktoré spôsobujú, sa vyskytujú v jednej fáze.

Naopak, ak druhá vlna zaostáva za prvou o nepárny počet polvĺn, potom sa nimi spôsobené kmity budú vyskytovať v opačných fázach a vlny sa navzájom rušia.

Ak je známy polomer zakrivenia R povrchu šošovky, potom je možné vypočítať, v akých vzdialenostiach od bodu kontaktu šošovky so sklenenou doskou sú dráhové rozdiely také, že vlny určitej dĺžky λ sa navzájom rušia. . Tieto vzdialenosti sú polomery Newtonových tmavých prstencov. Koniec koncov, čiary konštantnej hrúbky vzduchovej medzery sú kruhy. Meraním polomerov prstencov možno vypočítať vlnové dĺžky.

Dĺžka svetelnej vlny. Pre červené svetlo dávajú merania λcr = 8 10 -7 m a pre fialové - λ f = 4 10 -7 m. Vlnové dĺžky zodpovedajúce iným farbám spektra nadobúdajú stredné hodnoty. Pre akúkoľvek farbu je vlnová dĺžka svetla veľmi malá. Predstavte si priemernú morskú vlnu dlhú niekoľko metrov, ktorá sa zväčšila natoľko, že obsadila celý Atlantický oceán od pobrežia Ameriky až po Európu. Vlnová dĺžka svetla pri rovnakom zväčšení by len mierne presahovala šírku tejto strany.

Fenomén interferencie nielenže dokazuje, že svetlo má vlnové vlastnosti, ale umožňuje aj meranie vlnovej dĺžky. Tak ako je výška zvuku určená jeho frekvenciou, farba svetla je určená jeho frekvenciou alebo vlnovou dĺžkou.

Mimo nás v prírode neexistujú farby, existujú len vlny rôznych dĺžok. Oko je zložité fyzické zariadenie schopné rozpoznať rozdiel vo farbe, ktorý zodpovedá veľmi malému (asi 10 -6 cm) rozdielu v dĺžke svetelných vĺn. Je zaujímavé, že väčšina zvierat nedokáže rozlíšiť farby. Vždy vidia čiernobiely obraz. Farboslepí tiež nerozlišujú farby – ľudia trpiaci farbosleposťou.

Keď svetlo prechádza z jedného média do druhého, mení sa vlnová dĺžka. Dá sa to nájsť takto. Vzduchovú medzeru medzi šošovkou a doskou vyplníme vodou alebo inou priehľadnou kvapalinou s indexom lomu. Polomery interferenčných krúžkov sa zmenšia.

Prečo sa to deje? Vieme, že pri prechode svetla z vákua do nejakého média sa rýchlosť svetla zníži n-krát. Pretože v = λv, potom by sa frekvencia alebo vlnová dĺžka mali znížiť n-krát. Polomery krúžkov však závisia od vlnovej dĺžky. Preto, keď svetlo vstupuje do média, je to vlnová dĺžka, ktorá sa mení n-krát, nie frekvencia.

Interferencia elektromagnetických vĺn. Pri pokusoch s mikrovlnným generátorom možno pozorovať interferenciu elektromagnetických (rádiových) vĺn.

Generátor a prijímač sú umiestnené oproti sebe (obr. 125). Potom sa kovová platňa privedie zospodu vo vodorovnej polohe. Postupné zdvíhanie platne, striedavo sa zisťuje tlmenie a zosilňovanie zvuku.

Tento jav je vysvetlený nasledovne. Časť vlny z generátora priamo vstupuje do prijímacieho klaksónu. Jeho druhá časť sa odráža od kovovej platne. Zmenou umiestnenia platne zmeníme dráhový rozdiel medzi priamym a odrazeným vlnením. Výsledkom je, že vlny sa navzájom posilňujú alebo oslabujú v závislosti od toho, či sa dráhový rozdiel rovná celému číslu vlnových dĺžok alebo nepárnemu počtu polovičných vĺn.

Pozorovanie interferencie svetla dokazuje, že svetlo pri šírení vykazuje vlnové vlastnosti. Interferenčné experimenty umožňujú merať vlnovú dĺžku svetla: je veľmi malá, od 4 10 -7 do 8 10 -7 m.

Interferencia dvoch vĺn. Fresnelov biprizmus - 1

Rušenie vĺn(z lat. inter- navzájom, medzi sebou a ferio- Zasiahnem, zasiahnem) - vzájomné zosilnenie alebo zoslabenie dvoch (alebo viacerých) vĺn, keď sú na seba navrstvené a súčasne sa šíria priestorom.

Zvyčajne pod interferenčný efekt pochopiť skutočnosť, že výsledná intenzita v niektorých bodoch v priestore je väčšia, v iných - menšia ako celková intenzita vĺn.

Rušenie vĺn- jedna z hlavných vlastností vĺn akejkoľvek povahy: elastická, elektromagnetická, vrátane svetla atď.

Interferencia mechanických vĺn.

Pridávanie mechanických vĺn – ich vzájomná superpozícia – je najľahšie pozorovateľné na hladine vody. Ak vzbudíte dve vlny hodením dvoch kameňov do vody, potom sa každá z týchto vĺn správa tak, ako keby tá druhá vlna neexistovala. Zvukové vlny z rôznych nezávislých zdrojov sa správajú podobne. V každom bode média sa oscilácie spôsobené vlnami jednoducho sčítajú. Výsledné posunutie ktorejkoľvek častice média je algebraickým súčtom posunov, ktoré by nastali počas šírenia jednej z vĺn v neprítomnosti druhej.

Ak zároveň v dvoch bodoch O 1 a O 2 vybudí vo vode dve súvislé harmonické vlny, potom sa na povrchu vody objavia hrebene a žľaby, ktoré sa časom nemenia, t.j. rušenie.

Podmienkou pre vznik max intenzitu v určitom bode M umiestnené vo vzdialenostiach d 1 a d 2 zo zdrojov vĺn O 1 a O 2, vzdialenosť medzi ktorými l ≪ d 1 a l ≪d2(Obrázok nižšie) bude:

Δd = kλ,

kde k = 0, 1 , 2 , a λ — vlnová dĺžka.

Amplitúda kmitov média v danom bode je maximálna, ak sa rozdiel medzi dráhami dvoch vĺn, ktoré vybudia kmity v tomto bode, rovná celému číslu vlnových dĺžok a za predpokladu, že fázy kmitov oboch zdrojov sa zhodujú.

Pod rozdielom cestovania Δd tu chápu geometrický rozdiel v dráhach, ktorými vlny prechádzajú z dvoch zdrojov do príslušného bodu: Δd =d2- d 1 . S rozdielom v cestovaní Δd = kλ fázový rozdiel dvoch vĺn sa rovná párnemu číslu π a amplitúdy oscilácií sa budú sčítavať.

Minimálny stav je:

Ad = (2k + 1)A/2.

Amplitúda kmitov média v danom bode je minimálna, ak sa rozdiel medzi dráhami dvoch vĺn, ktoré vybudia kmity v tomto bode, rovná nepárnemu počtu polvln a za predpokladu, že fázy kmitov dva zdroje sa zhodujú.

Fázový rozdiel vĺn sa v tomto prípade rovná nepárnemu číslu π t.j. oscilácie sa vyskytujú v protifáze, preto sú zhasnuté; amplitúda výsledného kmitania je nulová.

Rozloženie energie pri rušení.

V dôsledku rušenia sa energia prerozdeľuje v priestore. Sústreďuje sa vo výškach vďaka tomu, že do minima vôbec nevstupuje.