2. Световая волна

Световая волна - электромагнитная волна, где колеблются Векторы и . Опыт показывает, что действие света на вещество определяется, главным образом, вектором , который поэтому называют световым вектором. Распространение световой волны описывается уравнением:

E=E₀cos(ωt-kr) (29.1)

где ω - частота колебаний, - волновое число, r - расстояние, отсчитываемое вдоль направления распространения волны - луча.

Отношение скорости световой волны в вакууме к скорости ее в среди называется абсолютным показателем преломления этой среды n:

(29.2)

С учетом формулы (28.3) находим . Т.к. для большинства прозрачных сред μ=1, то:

(29.3)

Эта формула связывает оптические свойства вещества сего электрическими свойствами. Значения n характеризуют оптическую плотность среды, которая тем больше, чем больше n. То, что мы называем видимым светом представляет узкий интервал электромагнитные волн:

Λ=0,40÷0,75мкм(4000-7500А), 1А(ангстрем)=10^-10м

В среде с показателем преломления n длина волны равна , где υ - частота, λ₀ - длина волны в вакууме.

3. Интерференция волн. Когерентность.

При сложении двух гармонических колебаний одинаковой частоты амплитуда результирующего колебания определяется формулой (см. лк. 25) .

Это справедливо для строго гармонические колебаний. На практике наблюдаются, как правило, не строго гармонические колебания, а колебания с меняющейся во времени фазой. В таком случае и интенсивность результирующего колебания I~A² будет также меняться со временем. Вычислим <I> за время τ, значительно большее времени изменения фазы колебаний:

Если остается неизменной со временем, то:

т.е. (29.4)

Если же меняется случайно со временам многократно, принимая за время τ все значения от 0 до 2π, то

(29.5)

В первом случае, когда разность фаз складываемых колебаний сохраняется неизменной за время наблюдения τ, колебания называют когерентными. При сложении когерентных волн не происходит простого сложения интенсивностей. Такое сложение называют интерференцией волн. Во втором случае колебания некогерентные, и при их сложении всегда наблюдается простое суммирование интенсивности.

Результат интерференции определяется разностью фаз складываемых волн, к оторая зависит от разности расстояний, отделяющих точку наблюдения от источников каждой из волн. Пусть в т. М складываются две когерентные волны от источников S₁ и S₂ (Рис.29.1) с одинаковой амплитудой. Результирующее колебание в т. М определится уравнением:

где - амплитуда результирующего колебания;

- разность хода, .

Интенсивность в т. М равна (I~A², I₀~a²)

(29.6)

Из этого выражения следует, что

если , то I_max=4I₀;

если , то I_min=0 (29.7)

Эти формулы есть условие максимумов и минимумов при интерференции.

4. Интерференция света.

Интерференция света наблюдается на экране в виде характерного чередования светлых или темных полос, если свет монохроматический (постоянной частоты и длины волны), или окрашенных участков - для белого света.

Наблюдать интерференцию световых волн значительно труднее, чем упругих волн. Дело в том, что два независимых световых источника не могут быть когерентными. Причина заключается в том, что источником света является множество атомов светящегося тела. А в силу хаотичности излучения отдельных атомов (длительность излучения ~10^-8c) фазы колебаний меняются случайным образом.

Получить когерентные источники света можно, если при помощи какой-либо оптической установки образовать два его изображения. В качестве примера п олучения интерференционной картины рассмотрим зеркала Френеля. Два плоских зеркала, расположенных под малым углом (Рис.29.2). Когерентными источниками являются мнимые изображения S₁ и S₂. Попадая на экран лучи от S₁ и S₂ создают устойчивую интерференционную картину в виде чередующихся темных и светлых полос.