2. Задача на применение формулы Томсона:

Определить период и частицу собственных электромагнитных колебаний контура, если его индуктивность равна 1мГн, а емкость 100 нФ.

Д ано:	С И	Решение:
L = 1мГн C = 100 нФ	1 10-3 Гн 1 10-7 Ф	По формуле Томсона: Т = 2 π Т = 2 3,14
T - ?		Ответ: 63 мкс

Билет№27.

1. Развитие взглядов на природу света. Законы отражения и преломления. Дисперсия, интерференция, дифракция. Поляризация света.

Ответ:

Корпускулярная и волновая теория света. В соответствии с двумя способами передачи действия от источника к приемнику возникли и начали развиваться две совершенно различные теории о том, что такое свет, какова его природа. Причем возникли они почти одновременно в XVII веке.

Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, другая Гюйгенсом.

Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет — это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).

Согласно лее представлениям Гюйгенса свет — это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде — эфире, заполняющем все пространство и проникающем внутрь всех тел.

Обе теории длительное время существовали параллельно. Ни одна из них не могла одержать решающей победы. Лишь авторитет Ньютона заставлял большинство ученых отдавать предпочтение корпускулярной теории. Известные в то время из опыта законы распространения света более или менее успешно объяснялись обеими теориями.

На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться.

Волновая лее теория это легко объясняла. Волны, например на поверхности воды, свободно проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимного влияния.

Однако прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить исходя из волновой теории. По корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции.

Такое неопределенное положение относительно природы света длилось до начала XIX века, когда были впервые изучены явление огибания светом препятствий (дифракция) и явление усиления или ослабления света мри наложении световых пучков друг на друга (интерференция). Эти явления присущи исключительно волновому движению. Объяснить их с помощью корпускулярной теории нельзя. Поэтому казалось, что волновая теория одержала окончательную и полную победу.

Такая уверенность особенно окрепла, когда Максвелл но второй половине XIX века доказал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света.

После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось. Нет их и сейчас.

В начале XX века представления о природе света начали коренным образом изменяться. Неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности. Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.

Были обнаружены прерывистые, или, как говорят, квантовые, свойства света. Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, если считать свет волной, а явления излучения и поглощения — если считать свет потоком частиц.

Законы отражения и преломления света можно вывести из одного общего принципа, описывающего поведение волн. Этот принцип впервые был выдвинут современником Ньютона Христианом Гюйгенсом.

Согласно принципу Гюйгенса каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн.

С помощью принципа Гюйгенса можно вывести закон, которому подчиняются волны при отражении от границы раздела сред.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.

Угол β между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения.

Эти два утверждения представляют собой закон отражения света.

На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения.

Это явление называется преломлением света.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Обозначим скорость волны в первой среде через v₁, а во второй через v₂.

Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставлен ный в точке падения, лежат в одной плоскости.

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.

Показатель преломления. Постоянная величина n, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой.

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды.

Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду.

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого меньше, чем для фиолетового.

Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для какого света приведено данное значение и и в каком состоянии находится среда

Показатель преломления не зависит от угла падения светового пучка, но он зависит от его цвета. Это было и открыто Ньютоном.

Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Ньютон догадался направить на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил и затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов

Закрыв отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал ил стене только красное пятно, закрыв синим стеклом, наблюдал синее пятно и т. д. Отсюда следовало, что не призма окрашивает белый свет, кап предполагалось раньше. Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части

Другой важный вывод, к которому пришел Ньютон, был сформулирован им в трактате «Оптика» следующим образом: «Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости» (для них стекло имеет различные показатели преломления). Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других — красные. Зависимость показателя преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией.

Если свет представляет собой поток волн, то должно наблюдаться явление интерференции света.

Согласованные волны с одинаковыми длинами и постоянной разностью фаз называется когерентными. Волны от различных источников света некогерентны.

Интерференция в тонких пленках. Тем не менее интерференцию света удается наблюдать. Курьез состоит в и>м, что ее наблюдали очень давно, но только не отдавали себе в этом отчета.

Мы тоже много раз видели интерференционную картину, когда в детстве развлекались пусканием мыльных пузырей или наблюдали за радужным переливом цветов (никой пленки керосина или нефти на поверхности воды

Интерференция световых волн это сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различны л точках пространства. Результат интерференции (усиление или ослабление результирующих колебаний) зависит от угла падения света на пленку, ее толщины и длины волны.

Кольца Ньютона. Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стекля и ной пластиной и положенной на нее плосковыпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. Эта интерференционная картина имеет ряд концентрических колец, получивших название колец Ньютона.

Измерив радиусы колец, можно вычислить длину световой волны.

Явление интерференции не только доказывает наличие у света волновых свойств, но и позволяет измерить длину волны. Подобно тому, как высота звука определяется его частотой, цвет света определяется частотой колебаний или длиной волны.

С помощью интерференции можно оценить качество обработки поверхности изделия с точностью до ¹/₁₀ длины волны, т, е. с точностью до 10~⁶ см

Просветление оптики основано на интерференции.

Свет представляет собой волновой процесс и наряду с интерференцией наблюдается и дифракция света.

Дифракция — огибание волнами краев препятствий

Множество узких щелей на небольшом расстоянии друг от друга образует замечательный оптический прибор - дифракционную решетку. Решетка разлагает свет в спектр и позволяет очень точно измерять длины световых волн.

Явления интерференции и дифракции не оставляют сомнений в том, что распространяющийся свет обладает свойствами волн. Но каких волн — продольных или поперечных?

Длительное время основатели волновой оптики Юнг и Френель считали световые волны продольными, т. е. подобными звуковым волнам. В то время световые волны рассматривались как упругие волны в эфире, заполняющем пространство и проникающем внутрь всех тел. Такие волны не могли быть поперечными, так как поперечные волны могут существовать только в твердом теле. Однако постепенно набиралось все больше и больше экспериментальных фактов, которые никак не удавалось истолковать, считая световые волны продольными.

Опыты с турмалином. Рассмотрим подробно только один из экспериментов, очень простой и эффектный. Это опыт с кристаллами турмалина (прозрачными кристаллами зеленой окраски).

Кристалл турмалина имеет ось симметрии и принадлежит к числу так называемых одноосных кристаллов. Возьмем прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из ее граней была параллельна оси кристалла. Если направить нормально на такую пластину пучок света от электрической лампы или солнца, то вращение пластины вокруг пучка никакого изменения интенсивности света, прошедшего через нее, не вызовет. Можно подумать, что свет только частично поглотился в турмалине и приобрел зеленоватую окраску. Больше ничего не произошло. Но это не так.

Световая волна приобрела новые свойства. Эти новые свойства обнаруживаются, если пучок заставить пройти через второй точно такой же кристалл турмалина, параллельный первому.

Из опыта следуют два факта: во-первых, что световая волна, идущая от источника света, полностью симметрична относительно направления распространения (при вращении кристалла вокруг луча в первом опыте интенсивность не менялась) и, во-вторых, что волна, вышедшая из первого кристалла, не обладает осевой симметрией (в зависимости от поворота второго кристалла относительно луча получается та или иная интенсивность прошедшего света).

Продольные волны обладают полной симметрией по отжиманию к направлению распространения (колебания происходят вдоль этого направления, и оно является осью симметрии волны). Поэтому объяснить опыт с вращением второй пластины, считая световую волну продольной.

Свет — поперечная волна.

Не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством, например, обладают так называемые поляроиды