- •Кафедра фізики в.В.Соловйов, л.П.Давиденко Конспект лекцій із фізики
- •Полтава 2004
- •Тема: елементи кінематики
- •Лекція іі тема: динаміка частинок план
- •Лекція ііі тема: закони збереження. Тверде тіло план
- •Повний імпульс ізольованої (замкненої) механічної системи не змінюється при будь-яких взаємодіях у ній.
- •Трохи про консервативні системи
- •Швидкість зміни момента імпульсу відносно нерухомої точки о дорівнює результуючому моменту сил усіх зовнішніх сил.
- •Лекція IV тема: механічні коливання
- •Лекція V тема: механічні хвилі
- •Лекція vі тема : елементи механiки суцiльних середовищ
- •Лекція VII тема: макроскопічний стан
- •Лекція viiі тема: статистичний розподіл. Явища переносу
- •Лекція IX тема: основи термодинаміки
- •Лекція X тема: тверді тіла та рідини
- •Лекція XI тема: електростатика план
- •Механізм взаємодії
- •Лекція хii тема: постійний струм план
- •Можна показати, що
- •Лекція хш тема: електричне поле в діелектриках план
- •Лекція х IV тема: магнітне поле план
- •Правило свердлика
- •Лекція XV
- •Тема: електромагнітна індукція.
- •Рівняння максвелла
- •Лекція XVI оптика тема: фотометрія. Інтерференція світла
- •Лекція XVII тема: дифракція
- •Лекція XVIII тема: електромагнітні хвилі в речовині
- •Лекція XIX квантова фізика тема: теплове випромінювання
- •Лекція хх тема: квантова природа світла
- •Лекція ххi тема: будова атома. Теорія бора
- •Лекція ххii тема: елементи квантової механіки
- •Лекція ххiii
- •Лекція ххiv тема: атомне ядро
Лекція XVI оптика тема: фотометрія. Інтерференція світла
ПЛАН
1. Основні закони фотометрії.
2. Інтерференція монохроматичних хвиль.
3. Інтерференція світла у тонких плівках.
4. Кільця Ньютона.
1. Оптика це розділ фізики, у якому вивчається оптичне випромінювання (світло), процеси його поширювання та явища, що спостерігаються при взаємодії світла з речовиною.
Фотометрія це розділ оптики, у якому вивчаються методи вимірювання світлових потоків та величин, що з ними пов’язані. Основна фотометрична величина сила світла J, яка визначається так:
(1)
Сила світла це характеристика джерела світла, яке знаходиться в однорідному ізотропному середовищі і світловий потік d поширюється у середині тілесного кута d.
d
S*
Якщо d = 4 стерадіан, то
; ,
0 повний світловий потік;
тілесний кут.
I = [Кд] = [Cтер] = [Лм]; Люмен = 1Кд . 1Стер
Освітленість Е визначається світловим потоком dпад, який падає на поверхню площею dS:
(2)
Розгляд (1) і (2 ) показують, що I є характеристикою джерела світла, а Е характеристикою поверхні.
Одержимо вираз для освітленості поверхні точковим тілом:
S n
*
r
dS
З урахуванням (1) dпад.= Jd
, (3)
Е = [Лк] = Кд/м2
2. У свій час у фізиці існувало декілька точок зору на природу світла:
1) корпускулярна теорія (Ньютон): згідно з цією теорією світло це потік корпускул (частинок )
2) хвильова теорія (Гюйгенс): згідно з нею світло це хвильовий процес
3) Максвелл : світло це електромагнітна хвиля, яка поширюється у вакуумі (c = 3 10 8 м /c.)
Маємо трьохмірний простір:
E
E H
C
H
С – напрямок поширення світла.
Інтерференція це явище накладання світлових хвиль, унаслідок чого в одних точках простору виникає підсилення цих хвиль, а в інших їх послаблення.
Інтерферувати можуть тільки когерентні хвилі. Запишемо умови когерентності хвиль:
монохроматичність це хвилі з однаковою довжиною хвилі або з однаковою частотою: 1 = 2 =. . .= n = const,
1 = 2 =. . . = n = const.
2) різниця фаз вібратора не змінюється з часом
= const
хвилі однаково поляризовані коливання вектора (звичайно і) відбуваються або в одній площині, або вздовж одного й того ж напрямку.
Зробимо математичний опис умов інтерференції. Введемо оптичну довжину шляху L :
L = n S , (4)
n відносний показник заломлення
S геометрична довжина шляху.
Якшо один промінь проходить шлях L1, а другий - L2, тоді:
= L2 - L1 оптична різниця ходу.
Запишемо загальні умови інтерференції:
Якщо (5а) , маємо інтерференційний максимум,
(5b), маємо інтерференційний мінімум
довжина хвилі,
К ціле число, яке вказує на порядок максимуму або мінімуму.
1
+
І
—
2
+ +
ІІ —
—
+
+
—
І+ІІ
—
min
3. Маємо плівку, на яку падає пучок паралельних променів під кутом , товщина плівки d, показник заломлення речовини плівки n.
2 1’
1 Д 2’
A B1 C
d, n
B
Оптична різниця ходу променів має вигляд:
Втрата /2 виникає за рахунок відбивання світла від оптично більш густішого середовища.
АВ = ВС = d/cos
ДС = АС sin; AC = АВ1 + В1С = 2АВ1
АВ1 = d tg
АС = 2 d tg
ДС = 2 d tg sin
= 2dn/cos - 2d tg sin - /2
З урахуванням ,, маємо:
(6) оптична довжина ходу.
Якщо , то маємо max,
, то маємо min у відбитому світлі, а в прохідному буде навпаки.
Оскільки у даному випадкові інтерференційну картину одержано внаслідок падіння променів на плівку під одними і тими ж кутами ( = const), то одержані інтерференційні полоси мають назву полоси рівного нахилу. Необхідною умовою їх одержання є стала товщина плівки (d = const).
4. А якщо const, тоді інтерференційна картина буде називатися полосами рівної товщини. Приклад цього кільця Ньютона. Два промені, які вийшли з S будуть мати оптичну різницю ходу за рахунок різного пройденого шляху.
K номер кільця.
R радіус кривизни лінзи.
*
2R
rmax =
rmin =
r d
*