2 2.1 Явище дисперсії світла. Світло й кольори тіл

1. Знайомство з явищем. У природі явище спостерігають як веселку після дощу. Інший приклад – скляна призма розкладає світло на спектр. Розкладання призмою білого світла на спектр уперше спостерігав англійський вчений І. Ньютон (рисунок 22.1). Він виділив 7 основних кольорів світла. Зараз це явище використовують у спектрографах і спектроскопах.

2. Визначення явища. Залежність показника заломлення світла від його кольору називають явищем дисперсії.

3 . Умови виникнення явища: а) біле світло повинно падати на межу розподілу двох середовищ; б) найкраще дисперсія спостерігається на прозорій призмі (Рисунок 22.2).

4. .........

5. Пояснення явища. Як відомо, швидкість поширення світла в середовищі знаходиться за формулою , де ξ - діелектрична проникність речовини, ξ₀ - електрична стала, m - магнітна проникність речовини, m₀ - магнітна постійна. За теоріїєю Максвела для електричного поля хвилі діелектрична проникність речовини є змінною величиною, яка зі зростанням частоти хвилі збільшується. Тобто якщо частота велика (ν), то діелектрична проникність також велика (ξ), а швидкість поширення хвилі мала (v) і, як наслідок, показник заломлення великий (n). Бо , де n - абсолютний показник заломлення світла; с- швидкість світла у вакуумі; v- швидкість світла в середовищі.

Звідки висновок - чим більша частота хвилі, тим більший її показник заломлення.

Частота світла пов’язана з її довжиною співвідношенням v=c/λ, тому можна говорити, що чим менша довжина хвилі у вакуумі, тим більший її показник заломлення.

Світло й кольори тіл

*Якщо біле світло проходить крізь червоне скло, то склом поглинаються всі хвилі, крім хвиль, частота яких відповідає червоному кольору. Таке скло називають червоним фільтром. Аналогічно діють світлові фільтри інших кольорів.

*Якщо біле світло падає на поверхню тіла, що має, наприклад, зелений колір, то поверхня поглинає всі хвилі. І тільки хвилі, частота яких відповідає зеленому кольору, відбивається поверхнею. Ці хвилі при попаданні в око сприймаються людиною як зелене забарвлення поверхні.

Аналогічно сприймаються інші кольорові поверхні.

*Якщо різнокольорові тіла освітити світлом, пропущеним крізь світловий фільтр, то всі тіла, крім тіл, що мають таке саме забарвлення, як і світлофільтр, око сприйматиме як чорні. Білі тіла будуть мати колір фільтра.

22.2 Явище поляризації світла. Поляризатори. Кут Брюстера

1 . Знайомство з явищем. У природі явище поляризації світла без спеціального приладу - поляризатора помітити неможливо. Проте людина навчилась використовувати це явище для своїх потреб. Його використовують: у 3-D технологіях; для вимірювання концентрації цукру у водних розчинах (сахариметри). Можна створити окуляри, які будуть гасити сонячні промені, відбиті від поверхні води, і дозволяти бачити з берега чистої водойми те, що відбувається під водою.

2 . Визначення явища. Світло, у якому напрямок коливань світлового вектора якимсь чином упорядковано, називається поляризованим. (Рисунок 22.3)

Види поляризації світла

Зустрічається повна й часткова поляризація світла. При частковій поляризації у світлі зустрічаються кванти напрямки коливань електричної напруженості й вектору магнітної індукції яких відхиляються від площини поляризації.

Л інійна поляризація – це поляризація світла, при якій вектор електричної напруженості Е (і, отже, В) квантів коливається тільки в одному напрямі. Площина, у якій лежать вектори напруженості квантів Е поляризованого світлового пучка, дістала назву площини поляризації.

Еліптична поляризація світла - це поляризація, при якій проекція траєкторії, описуваної кінцем вектора Е на площину, перпендикулярну променю, має вигляд еліпса (Рисунок 22.4).

Циркулярна поляризація світла - це поляризація, при якій проекція траєкторії, що описується кінцем вектора Е на площину, перпендикулярну променю, має вигляд кола (Рисунок 22.5). Якщо при поширенні світла вектор Е обертається за годинниковою стрілкою, то поляризація називається праваї, проти - ліваї.

3. Умови виникнення явища. Поляризоване світло можна отримати двома способами: а) світло повинно пройти крізь поляризатор; б) або світло повинне відбитися від не металевих поверхонь.

4. Математичний опис явища. Поляризацію світла визначають за ступенем поляризації де I_max і I_min – максимальна й мінімальна компоненти інтенсивності світла, що відповідають двом взаємно перпендикулярним компонентам вектора (тобто Е_х і Е_у – складові). Для пласко поляризованого світла Е_у = Е, Е_х = 0, отже, Р = 1. Для природнього світла Е_у = Е_х = Е и Р = 0. Для частково поляризованого світла Е_у = Е, Е_х = (0...1)Е_у, отже, 0 < Р < 1.

5 . Пояснення явища. Природне світло не поляризоване томущо воно випромінюється атомами в довільних напрямках. Поляризатор пропускає світлову компоненту тільки з певним напрямком коливань векторів електричної напруженості й магнітної індукції, відбираючи її від природного світла. Для спостереження поляризації природного світла використовують аналізатор, який за принципом дії аналогічний поляризатору. Зрозуміти явище поляризації допоможе простий механічний дослід, зображений на рисунку 22.6.

*Явище поляризації служить доказом того, що світло – це поперечна електромагнітна хвиля.

Поляризатори

Поляризатором може бути кристал турмаліну або поляроїдна плівка – що складається з дуже витягнутих молекул.

Кут Брюстера

К ут Брюстера – це кут падіння променя, при якому світло, відбите від діелектрика, повністю поляризоване.

*Якщо світло падає під кутом Брюстера, то кут між відбитим і заломленим променями цього світла дорівнює 90°. Звідки можна визначити його величину (Рисунок 22.7)

*При відбиванні світло буде повністю поляризовано лише тоді, коли промінь падає на відбиваючу поверхню під кутом, більшим за кут Брюстера.

*Якщо кут падіння променя менший кута Брюстера, то світло буде частково поляризоване. Зі зменшенням кута падіння зменшується ступінь поляризації світла. Якщо світло падає перпендикулярно відбиваючій поверхні, то відбите світло взагалі буде не поляризоване.