11. Взаимодействие электромагнитного поля и вещества

1. Вещество имеет размеры много больше, чем длина волны.

Смоделируем вещество как сплошную однородную среду. Волна падает на поверхность этой среды, или на раздел двух сред. Этот случай рассматривается разделом физики, называемым геометрической оптикой.

На границе двух сред волна разделяется на две: отражённую и преломленную. Отражение и преломление можно обосновать исходя из принципа Гюйгенса: каждая точка, до которой дошла волна, становится точечным и источником вторичных волн.

А. Отражение.

П усть плоский фронт волны АС падает на поверхность MN и отражается. Пока т. С достигнет т.В СВ=υt, тА достигнет тD и фронт волны АС займет положение DВ. Δ АСВ и Δ АDВ – прямоугольные: АВ – общая, АD=υt, т.е. АD=СВ – ΔАDВ = ΔАСВ, поэтому САВ равен DВА. или α = β.

Закон отражения гласит:

1. Угол падения луча равен углу отражения.

Угол падения α – угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения.

Угол отражения – угол между отраженным лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения луча.

2. Луч, падающий, отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности, лежат в одной плоскости.

Законам отражения подчиняются как механические, так и электромагнитные волны. Отражение звуковой волны – эхо. Без отражения света мы ничего не увидели бы. Если неровности поверхности малы по сравнению с длиной волны, отражение – зеркальное, если нет – рассеянное.

В. Преломление.

Пусть плоский фронт АС движется со скоростью υ₁ к поверхности MN. Пока т. С дойдет до т. В, колебания, распространяющиеся во второй среде со скоростью υ₂ достигнут т. Д и фронт волны займет положение ДВ. Из ΔАСВ и ΔАDВ имеем АВ=ВСsinα, АВ=АDsinβ и ли ВС/AD=sinα/sin β , т.к. BC=υ₁t, AD=υ₂t, имеем, , где α – угол падения, β – угол преломления, n – показатель преломления.

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

Луч падающий, преломленный, а так же перпендикуляр, восстановленный в т. падения находятся в одной плоскости.

Е сли υ₁>υ₂, то вторая среда оптически более плотная, α > β . Если луч идет из более плотной среды в менее плотную, то υ₁< υ₂, а α < β, sin α/sin β=1/n. В этом случае может наблюдаться полное внутреннее отражение. Такое явление хорошо наблюдается со световыми волнами и применяется в волоконной оптике (световодах). При этом β= 90˚, sin 90˚ равно 1, sin α_n = 1/n, α_n – предельный угол падения. Если α > α_n, то луч не попадает во вторую среду.

2.Использование отражения света. П лоское зеркало.

Плоским зеркалом называют плоскую поверхность, зеркально отражающую свет. Такие зеркала имеют большое распространение в быту и технике.

П усть поверхность ВК – плоское зеркало. Чтобы построить изображение предмета, необходимо построить изображение каждой его точки, но для простых достаточно одной-двух. Построим изображение т.А. Для этого возьмем два луча. Первый луч выйдет из т А и дойдя до т. D, отразится и вернется обратно. Второй луч из т А, дойдя до т В отразится и окажется в т. Е, продлим оба луча за зеркало и на пересечении продолжений лучей ВЕ и АD получим т С – изображение т.А. CN – изображение предмета АМ. Нетрудно установить, что АD=DС. Изображение в плоском зеркале мнимое и лежит на таком же расстоянии за зеркалом, что и предмет перед зеркалом.