Введение
Физика — удивительный и интересный предмет, занимательная наука. Даже школьный курс физики богат интересными фактами. А сколько интересного и удивительного из физики остаётся за рамками школьного курса!
Каждый человек в своей жизни сталкивается с явлениями света и звука, не задумываясь о том, что они очень похожи.
Из уст наших учителей вы знаете, что звук - продольная мех. волна. Мех. волна - процесс распространения колебаний в упругой среде от точке к точке, от частицы к частице. Происходит передача энергии от одной частицы к другой. Каждая частица колеблется около своего положения равновесия. Распространяется во всех средах. В вакууме звука нет.
Свет также является волной. Это видимое для человеческого глаза излучение, следовательно, ему присущи все особенности этого вида теплопередачи. Например, перенос энергии может осуществляться при отсутствии в-ва.
В данной исследовательской работе мы подробно рассмотрели физику света и звука и исследовали некоторые интересные явления, связанные с данными разделами науки.
История. Свет
Для начала, представим вам историю света.
Основные законы оптики известны еще с древних веков. Так, Платон (430 г. до н. э.) установил закон прямолинейного распространения и закон отражения света. Аристотель (350 г. до н. э.) и Птоломей изучали преломление света. Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян, которые в дальнейшем, по мере изобретения и усовершенствования различных оптических инструментов, например параболических зеркал (XIII в.), фотоаппарата и микроскопа (XVI в.), зрительной трубы (XVII в.), развивались и трансформировались. В конце XVII в. на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и X. Гюйгенс).
Корпускулярная теория (теория истечения).
Свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям. Движение световых корпускул Ньютон подчинил сформулированным им законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика при ударе о плоскость, где также соблюдается закон равенства углов падения и отражения. Преломление света Ньютон объяснял притяжением корпускул преломляющей средой, в результате чего скорость корпускул меняется при переходе из одной среды в другую.
Волновая теория.
Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Волновым фронтом называется геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t.. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления. Закон преломления, полученный из волновой теории, оказался в противоречии с формулой Ньютона. Волновая теория приводит к выводу: υ < c, тогда как согласно корпускулярной теории υ > c. Таким образом, к началу XVIII века существовало два противоположных подхода к объяснению природы света. Обе теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Однако в начале XIX столетия корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория.
Большая заслуга в этом принадлежит английскому физику Т. Юнгу и французскому физику О. Френелю, исследовавшим явления интерференции и дифракции. Исчерпывающее объяснение этих явлений могло быть дано только на основе волновой теории. Важное экспериментальное подтверждение справедливости волновой теории было получено в 1851 году Ж. Фуко (и независимо от него А. Физо). Хотя к середине XIX века волновая теория была общепризнана, вопрос о природе световых волн оставался нерешенным. В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны.
Однако, эта теория не завершила понимание природы Наука вновь вернулась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет при распространении ведёт себя как волна, а при испускании и поглащении, как поток частиц, означает, что свет имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.