46. Механические волны. Продольные и поперечные волны. Звуковые волны и их характеристики.

Волна- это колебания, распространяющиеся в пространстве в течении времени.

Механические волны могут распространяться только в какой- нибудь среде (веществе): в газе, в жидкости, в твердом теле. В вакууме механическая волна возникнуть не может.

Источником волн являются колеблющиеся тела, которые создают в окружающем пространстве деформацию среды.

Для возникновения волны нужна деформация (наличие F_упр) среды, для распространения волны нужна упругая среда.

Бегущая волна - волна, где происходит перенос энергии без переноса вещества.

Бегущая упругая волна- волна, где есть перенос энергии и возникает F упругости в среде распространения.

Механические волны делятся на:

• Продольные - колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды. Возникают в любой среде (жидкости, в газах, в твердых телах).

• Поперечные- колебания среды происходят перпендикулярно направлению их распространения, при этом происходит сдвиг слоев среды. Возникают только в твердых телах.

Звук – это механические упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях, твердых телах. Волны, которые вызывают ощущение звука, с частотой от 16 Гц до 20 000 Гц называют звуковыми волнами (в основном продольные).

Причина звука – вибрация (колебания) тел, хотя эти колебания зачастую незаметны для нашего глаза.

Источники звука — физические тела, которые колеблются , т.е. дрожат или вибрируют с частотой от 16 до 20000 раз в секунду. Вибрирующее тело может быть твердым, например, струна или земная кора, газообразным, например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или в свистке или жидким, например, волны на воде.

Характеристики звука:

• Громкость. Зависит от амплитуды колебаний в звуковой волне. За единицу громкости звука принят 1 Бел.

• Высота тона. Определяется частотой колебаний источника звука.

47. Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение и его применение.

Геометрическая оптика — раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света на основе положений о световых лучах, а так же принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Световой луч – линия, вдоль которой распространяется поток световой (квантовой) энергии.

В основе геометрической оптики лежат несколько простых эмпирических законов:

• Закон прямолинейного распространения света

• Закон независимого распространения лучей

• Закон отражения света

• Закон преломления света (Закон Снелла)

• Закон обратимости светового луча. Согласно которому луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении.

Законы отражения света:

Отражение — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью.

Величина, которая характеризует отражательную способность поверхности вещества, называется коэффициент отражения.

• Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

• Угол отражения γ равен углу падения α: γ = α

Зеркальное отражение света – это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении(рисунок). Отражающая поверхность в этом случае называется зеркало (или зеркальная поверхность).

Законы преломления света :

Преломление света – это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред.

• Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная

, где n – это относительный показатель преломления (иначе показатель преломления второй среды относительно первой)

• Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча.

Если направить луч света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, то по мере увеличения угла падения это преломленный луч будет приближаться к границе раздела двух сред, затем пойдет по границе раздела, а при дальнейшем увеличении угла падения преломленный луч исчезнет, т.е. падающий луч будет полностью отражаться границей раздела двух сред.

Для воды предельный угол составляет 49 градусов.

Для стекла - 42 градуса.

Применение полного внутреннего отражения:

Приборы и устройства, в которых используется явление полного отражения:

- поворотная призма - в перископе

- оборотная призма – в бинокле

- оптическое волокно – в световодах (тонких кварцевых или пластмассовых нитях диаметром 50-500 мкм в оболочке из того же вещества, но с меньшим показателем преломления),

Проявления в природе:

- пузырьки воздуха на подводных растениях кажутся зеркальными

- капли росы вспыхивают разноцветными огнями

- «игра» бриллиантов в лучах света

- поверхность воды в стакане при рассматривании снизу через стенку стакана будет блестеть.

48. Линзы. Формула тонкой линзы. Построение изображения в линзах..

Линза — деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической

Для характеристики линз используют величину, которая называется оптической силой.

Оптическая сила линзы — величина, обратная к фокусному расстоянию линзы , выраженному в метрах.

Обозначают оптическую силу буквой D. За единицу оптической силы взята диоптрия (дптр).

1 диоптрия - это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Оптическую силу собирающих линз считают положительной, а рассеивающих линз – отрицательной.

Формула тонкой линзы:

Формула тонкой линзы связывает между; собой три величины: расстояние от предмета до линзы d, расстояние от линзы до изображения f и фокусное расстояние линзы F:

Построение изображений в линзе:

изображения точки S в собирающей линзе изображения точки S в рассеивающей

49. Свет как электромагнитная волна. Скорость света. Интерференция света и ее проявление в природе. Когерентность.

Наиболее существенные свойства света как электромагнитной волны:

• При распространении света в каждой точке пространства происходят периодически повторяющиеся изменения электрического и магнитного полей.

• Колебания векторов в каждой точке электромагнитной волны происходят в одинаковы фазах и по двум взаимно перпендикулярным направлениям в каждой точке пространства.

• Период света как электромагнитной волны (частота) равен периоду (частоте) колебаний источника электромагнитных волн. Для электромагнитных волн справедливо соотношение . В вакууме – длина волны наибольшая по сравнению с λ в другой среде, так как ν = const и изменяется только υ и λ при переходе от одной среды к другой.

• Свет является носителем энергии, причем перенос энергии совершается в направлении распространения волны.

• Свет, как и другие волны, распространяются прямолинейно в однородной среде, испытывают преломление при переходе из одной среды во вторую, отражаются от металлических преград. Для них характерны явления дифракции и интерференции.

Скорость света представляет собой скорость распространения электромагнитных колебаний. Как правило, под скоростью света понимают скорость света в вакууме, которая равна примерно 300.000 км/с и считается фундаментальной физической константой. При этом скорость света в веществе оказывается ниже этой величины.

Скорость света в вакууме — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.

Под интерференцией света понимают широкий круг явлений, в которых при наложении световых пучков результирующая интенсивность в любой точке не равна сумме интенсивностей отдельных пучков. В результате интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве: в одних местах интенсивность света больше суммы интенсивностей двух или нескольких волн, в других – меньше. Поэтому интерференционная картина представляет чередование светлых и темных полос. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на мокром асфальте, цвета побежалости на поверхности закаленных металлов, радужная окраска мыльных пузырей, причудливые цветные рисунки на крыльях стрекозы – все это проявления интерференции света.

Когерентностью называется согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.