36. Прямолінійне поширення світла…

Розділ фізики, що вивчає світлові явища, називається Оптикою. У геометричній оптиці використовується поняття світлового променя і розглядаються закономірності поширення світлових променів у різних середовищах і в різних спеціальних оптичних пристроях (наприклад, в лінзах і в приладах, в яких застосовуються лінзи).

В однорідних середовищах і при відсутності перешкод світло поширюється прямолінійно. Це твердження називають законом прямолінійного поширення світла

В оптиці користуються поняттям світлового променя . Це якийсь напрямок в просторі, вздовж якого поширюється світло. Отже, закон прямолінійності поширення світла можна сформулювати і так: в однорідних середовищах світлові промені прямолінійні. На основі прямолінійного поширення світла працюють фотоапарати. Детальніше таку властивість розглянемо нижче.

Закони відбивання

1) Промені падаючий 1 і відбитий 2, і перпендикуляр до межі поділу (нормаль) лежать в одній площині

2) Кут відбивання дорівнює куту падіння:  .

Заломлення світла

1) Промені падаючий 1 і відбитий 2, і перпендикуляр до межі поділу (нормаль) лежать в одній площині; промінь світла 1 переходить з одного прозорого середовища в інше, то напрям променя 3 в другій середовищі відрізняється від напрямку променя 1.

Зміна напрямку світлового променя на кордоні поділу двох різних середовищ називається заломлення ості

Показник заломлення або абсолютний показник заломлення— це характерне для середовища число, яке визначає в скільки разів швидкість розповсюдження світла в середовищі менша зашвидкість світла у вакуумі.

Здебільшого позначається латинською літерою n.

, де α — кут падіння, а β — кут заломлення.

Величину   називають відносним показником заломлення середовища 2 стосовно середовища 1.

Повне внутрішнє відбиття — явище непроникання косих світлових променів із середовища із більшою оптичною густиною в середовище із меншою оптичною густиною. Світло все ж таки проникає в середовище із меншим показником заломлення на незначну глибину. Це явище використовується в методі порушеного повного внутрішнього відбиття для дослідження приповерхневих шарів тіл.

Явище повного внутрішнього відбиття легко спостерігати, якщо пірнути у воду й глянути вгору. Синє небо над головою буде видно лише в межах певного кола.

Опти́чна лі́нза (нім. Linse, лат. Lens — чечевиця) — найпростіший оптичний елемент, виготовлений із прозорого матеріалу, обмежений двома заломлюючими поверхнями, які мають спільну вісь, або взаємно перпендикулярні площини симетрії. Якщо точка А знаходитиметься нескінченно далеко від лінзи, то промені від неї будуть паралельними, а точка А' називатиметьсяголовним фокусом лінзи, а відстань до неї — головною фокусною відстанню.

37. Поняття про когерентність…………

Когере́нтність (рос. когерентность, англ. coherence, нім. Kohärenz f) — це властивість хвилі зберігати свої частотні, поляризаційні й фазові характеристики.

К.  — корельоване протікання в часі й у просторі декількох випадкових коливальних або хвильових процесів, яке дозволяє одержувати при їхньому додаванні чітку інтерференційну картину. Умовою когерентоності хвиль є незмінюваність у часі різниці між фазами коливань у них, що можливо лише тоді, коли хвилі мають однакову довжину (частоту).

Завдяки когерентності хвиль виникають інтерференційні явища.

Інтерференція світла — перерозподіл інтенсивності світла в результаті накладення (суперпозиції) декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується чергуванням в просторі максимумів і мінімумів інтенсивності. Її розподіл називається інтерференційною картиною. інтерференція виникає при розділенні початкового променю світла на два промені при його проходженні через тонку плівку, наприклад плівку, що наносять на поверхню лінз у просвітленнихоб'єктивах. Промінь світла, проходячи через плівку товщиною  , відобразиться двічі — від внутрішньої та зовнішньої її поверхонь. Відбиті промені матимуть постійну різницю фаз, що дорівнює подвоєній товщині плівки, від чого промені стають когерентними і будуть інтерферувати. Дифра́кція - явище, що виникає при поширенні хвиль (наприклад, світлових і звукових хвиль). Суть цього явища полягає в тому, що хвиля здатна огинати перешкоди. Це зумовлює те, що хвильовий рух спостерігається в області за перешкодою, куди хвиля не може потрапити прямо. Явище пояснюється інтерференцією хвиль на краях непрозорих об'єктів або неоднорідностях між різними середовищами на шляху поширення хвилі. Прикладом може бути виникнення кольорових світлових смуг в області тіні від краю непрозорого екрана.

Дифракція добре проявляється тоді, коли розмір перешкоди на шляху хвилі порівняний з її довжиною або менший.

Явище дифракції світла наглядно підтверджує теорію корпускулярно-хвильової природи світла.

Спостерігати дифракцію світла важко, оскільки хвилі відхиляються від перешкод на помітні кути лише за умови, що розміри перешкод приблизно дорівнюють довжині хвилі світла, а вона дуже мала.

Дифракційна ґратка  — оптичний елемент з періодичною структурою, здатний впливати на поширення світлових хвиль так, що енергія хвилі, яка пройшла через ґратку, зосереджується в певних напрямках. Напрямки поширення цих пучків залежать від періоду ґратки та довжини світлових хвиль, тобто дифракційна ґратка працює як дисперсійний елемент. Монохроматичний світловий пучок, що падає на ґратку, теж розділиться на декілька пучків, які поширюються в різних напрямках. Дифракційні ґратки широко застосовуються у монохроматорах і спектрометрах. Найпростіша дифракційна ґратка — тонка скляна пластинка, на поверхні якої нанесені прямолінійні паралельні рівновіддалені штрихи, ширина та відстань між якими сумірні з довжиною хвилі світла.

Принцип роботи дифракційної ґратки ґрунтується на дифракції світлових хвиль, які взаємодіють з нею, та подальшій інтерференції цих дифрагованих хвиль. У загальному випадку дифракційну ґратку можна уявити собі, як сукупність багатьох паралельних та рівновіддалених прозорих щілин, розділених однаковими непрозорими проміжками. Якщо на таку ґратку буде падати світловий пучок, то світлові хвилі, проходячи крізь щілини ґратки, будуть дифрагувати. Кожна точка будь-якої щілини ґратки у такому разі виступатиме як точкове джерело світла. 

Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі.

,

Середовище реагує на зміну зовнішнього електричного поля зміною наведеної в ньому поляризації. Поляризація виникає завдяки зміщенню зв'язаних зарядів, наприклад, зміщенню електроніввідносно ядер атомів. Процеси зміщення не відбуваються миттєво, а вимагають певного часу. Крім того, зміщення можуть бути різними за величиною, й ставати особливо значними тоді, коли частота зміни зовнішнього поля потрапляє в резонанс із коливаннями, характерними для системи.

Коли електричне поле світлової хвилі, яка розповсюджується в середовищі, змінюється повільно, середовище встигає повністю відреагувати на зміну поля. Якщо ж електричне поле змінюється дуже швидко, електрони не встигають відслідковувати його зміни. Цим пояснюються різні значення показника заломлення при різних частотах електромагнітних хвиль.