7.2. Интерференция волн

7.2.1. Роль векторов и

На практике в реальных средах могут распространяться одновременно несколько волн. В результате сложения волн наблюдается ряд интересных явлений: интерференция, дифракция, отражение и преломление волн и т. д.

Эти волновые явления характерны не только для механических волн, но и электрических, магнитных, световых и т. д. Волновые свойства проявляют и все элементарные частицы, что было доказано квантовой механикой.

Одно из интереснейших волновых явлений, которое наблюдается при распространении в среде двух и более волн, получило название интерференции. Оптически однородная среда 1 характеризуется абсолютным показателем преломления , (7.8)

где с  скорость света в вакууме; v₁  cкорость света в первой среде.

Среда 2 характеризуется абсолютным показателем преломления

, (7.9)

где v₂  скорость света во второй среде.

Отношение (7.10)

называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Для прозрачных диэлектриков, у которых  = 1, используя теорию Максвелла, или

(7.11)

где ₁, ₂  диэлектрические проницаемости первой и второй сред.

Для вакуума n = 1. Из-за дисперсии (частоты света   10¹⁴ Гц), например, для воды n =1,33, а не n = 9 ( = 81), как это следует из электродинамики для малых частот. Свет  электромагнитные волны. Поэтому электромагнитное поле определяется векторами и, характеризующими напряженности электрического и магнитного полейcоответственно. Однако во многих процессах взаимодействия света с веществом, например, таких, как воздействие света на органы зрения, фотоэлементы и другие приборы, определяющая роль принадлежит вектору , который в оптике называют световым вектором.

Все процессы, происходящие в приборах под влиянием света, вызваны действием электромагнитного поля световой волны на заряженные частицы, входящие в состав атомов и молекул. В данных процессах основную роль играют электроны из-за большой частоты колебаний светового вектора (10 ¹⁵ Гц). Сила Лоренца F, действующая на электрон со стороны электромагнитного поля,

, (7.12)

где q_e  заряд электрона; v  его скорость;   магнитная проницаемость окружающей среды; ₀  магнитная постоянная.

Максимальное значение модуля векторного произведения второго слагаемого при , с учетом₀Н² = ₀Е²,

получается ₀Нv_э =, (7.13)

где ;

 скорости света в веществе и в вакууме соответственно; ₀ электрическая постоянная;   диэлектрическая проницаемость вещества.

Причем v >>v_э, так как скорость света в веществе v10⁸ м/c, a скорость электрона в атоме v_э10⁶ м/c. Известно, что

v = R_a,

где  = 2  циклическая частота; R_a10^10 м  размер атома, играет роль амплитуды вынужденных колебаний электрона в атоме.

Следовательно, , и основную роль играет вектор, а не вектор. Полученные результаты хорошо согласуются с данными опытов.

Например, в опытах Винера области почернения фотоэмульсии под действием света совпадают с пучностями электрического вектора .