Інтенсивність хвилі зменшується з відстанню по експоненті у поглинаючій речовині.

Для газів та парових фаз речовини залежність коефіцієнту поглинання , або, що еквівалентно, , має вигляд окремих вузьких максимумів (ліній), які відповідають резонансним частотам електронів в атомах. Лише для цих частот (і відповідних їм довжин хвиль) коефіцієнт поглинання відрізняється від нуля. На інших частотах (довжинах хвиль) світло проходить крізь гази (пари) практично без поглинання. Залежність коефіцієнта поглинання від частоти (довжини хвилі) у широкому інтервалі частот називають спектром поглинання речовини. Отже, для газів та парів спектр поглинання є лінійчастим (складається з вузьких смуг). Інтервали поміж смугами поглинання називають вікнами прозорості газу (зокрема „вікнами прозорості” атмосфери, повітря).

У конденсованому стані речовини, тобто у рідинах та твердих тілах, коефіцієнт поглинання виглядає як досить широкі смуги складної структури (до речі так само, як і у газів при високому тискові та високій густині). Отже, розширення смуг поглинання є результатом посилення взаємодії поміж атомами.

Метали, з їх великою кількістю вільних електронів, є практично непрозорими для світла в широкому діапазоні частот, коефіцієнт поглинання світла для металів може на декілька порядків перевищувати коефіцієнт поглинання для прозорих діелектриків.

• Дисперсія світла. Нормальна та аномальна дисперсія

Швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі в будь-якому середовищі, за виключенням вакууму, залежить від частоти (довжини хвилі):

(4.6.10)

Отже, і коефіцієнт заломлення речовини також є функцією частоти (або довжини хвилі). Коло фізичних явищ, пов’язаних із залежністю (4.6.10), отримало назву дисперсії світла.

Нормальною дисперсією прийнято називати таку залежність показника заломлення від частоти, коли він зростає разом з частотою:

(4.6.11)

тому при нормальній дисперсії показник заломлення для синього променю більше показника заломлення для червоного променю. Таку дисперсію легко продемонструвати за допомогою призми (дослід Ньютона полягав саме у демонстрації різних значень показників заломлення для променів різного забарвлення, тобто різної частоти). Нормальна дисперсія спостерігається в тих діапазонах частот, де коефіцієнт поглинання речовини відносно невеликий, інакше кажучи у „вікнах прозорості” середовища.

Якщо поглинання речовини в певній смузі (діапазоні) частот є значним, то може спостерігатися так звана аномальна дисперсія. Такі випадки є частими для незабарвлених рідин в інфрачервоній області частот (молекулярне поглинання), а також в ультрафіолетовому діапазоні частот (електронне поглинання). При аномальній дисперсії показник заломлення зменшується з ростом частоти.

• Фазова та групова швидкості. Подвійне променезаломлення. Ефект Доплера

Фазовою швидкістю є швидкість, з якою пересувається хвильовий фронт:

(4.6.12)

Я кщо дисперсія відсутня, то фазова швидкість не залежала б від частоти. Проте, наявність дисперсії зумовлює те, що при залежність поміж частотою та хвильовим вектором відрізняється від лінійної, якою вона може бути лише для середовищ без дисперсії:

(4.6.13)

Нелінійна залежність частоти від модуля хвильового вектору таким чином є відображенням дисперсії середовища. Лінійна залежність характерною для середовища без дисперсії, в якому фазова швидкість не залежить від частоти (довжини хвилі).

Можна показати, що за наявності дисперсії енергія хвилі переноситься не з такою швидкістю, з якою пересувається хвильовий фронт, тобто не з фазовою швидкістю, а з дещо меншою, так званою груповою швидкістю:

(4.6.14)

Якщо дисперсії немає, то і , при умові .

Ефект Доплера спостерігається у тих випадках, коли джерело хвиль рухається відносно приймача, або навпаки – приймач рухається відносно джерела. Ефект Доплера полягає в тому, що частота хвилі, яку отримує приймач від рухомого джерела () відрізняється від тої частоти, яку він приймає від нерухомого джерела ().

Е фект Доплера спостерігається для хвиль будь-якої природи, зокрема, акустичний ефект Доплера неважко простежити як зміну частоти сигналу, припустимо, електрички, яка рухається на спостерігача (частота вища від частоти сигналу нерухомої електрички), чи від спостерігача (тоді частота помітно нижча). Якісна природа ефекту Доплера зрозуміла: на лівому малюнкові точкове джерело (біла точка) рухається зі швидкістю, яка менша від швидкості хвилі у середовищу (); на центральному малюнкові швидкості джерела та хвилі однакові; на правому зображений випадок, коли швидкість джерела перевищує швидкість розповсюдження хвиль у середовищі (). Неважко побачити, що частота сигналу (хвиль) вища у напрямі руху джерела і нижча у протилежному напрямі.

Розрізняють поздовжній та поперечний ефекти Доплера (залежно від напряму руху джерела відносно нерухомого приймача).

Для електромагнітних хвиль поздовжній ефект Доплера у вакуумі можна описати наступною формулою:

(4.6.1)

Де - швидкість джерела.

Якщо джерело наближається, то і (доплерівське зміщення сигналу на приймачі у високочастотну, „фіолетову” частину спектру). Якщо ж і ( „червоне зміщення” у низькочастотну частину спектру).В астрофізиці ефект Доплера („червоне зміщення”) використовують для визначення напряму руху галактик та зірок відносно Землі.

Поперечний ефект Доплера для ЕМ-хвиль описується іншою формулою:

(4.6.1)

Для поперечного ефекту тобто завжди спостерігається зміщення в напрямі червоного краю оптичного спектру.

В акустиці, тобто для звукових хвиль, які є поздовжніми, поперечний ефект Доплера відсутній, а поздовжній ефект описується виразом:

(4.6.1)

де - швидкість звукової хвилі в середовищі.

Факультет машинобудування
Лектор Дон Н.Л.		стор. 9 з 9