Самостійна робота № 6

Тема: Інтерференція світла в природі і техніці.

Мета:

Знати - в чому полягає явище інтерференції світла.

Вміти - пояснити прояви явища інтерференції у природі та пріоритети у застосуванні цього явища у техніці.

План вивчення теми:

1. Інтерференції світла у природі.

2. Інтерференції світла у техніці.

Рекомендована література

Засєкіна Т.М., Засєкін Д.О. Фізика для 11 кл. Академічний рівень. Х.: Сиция, 2011.- с. 202-208

Основні теоретичні відомості

І. Інтерференція світла у природі

Інтерференцію світла можна легко спостерігати в природ­них умовах. Забарвлення тонких прозорих плівок, кольорові розводи на тонких плівках бензину, гасу, олії, красиве забарв­лення мильних бульбашок, яке безперервно змінюється - все це результат інтерференції світлових променів у цих плівках.

Розглянемо інтерференцію світла в тонких плівках, тов­щина яких неоднакова в різних місцях (Рис. 6.1, а). Якщо освітити таку плівку однорідним світлом, то у відбитому світлі її поверхня вже не здаватиметься рівномірно освітленою або темною, оскільки різниця ходу променів, які інтерферують у різних за товщиною місцях плівки, буде неоднаковою. Періодично зустрічатимуться такі товщини клина, які задо­вольняють умову взаємного підсилення і послаблення коге­рентних хвиль. Тому дуже тонка клиноподібна пластинка чи плівка, освітлена паралельним пучком однорідного світла, дає інтерференційну картину у вигляді світлих і темних смуг (Рис. 6.1, б), розміщених паралельно гострому ребру клина. Тому на плівці виникнуть смуги, забарвлені всіма кольора­ми райдуги.

а б

Рис. 6.1

Інтерференційну картину на клиноподібній пластинці зручно спостерігати на тонкій мильній плівці. Досить дротяну рамку опустити в мильний розчин і внаслідок його стікання вниз мильна плівка набуватиме форми клина.

ІІ. Інтерференція світла у техніці

Явище інтерференції світла знаходить різноманітне практичне застосування у техніці:

- просвітлення оптики;

• точ­не визначення довжини світлових хвиль;

• здійснення точного вимірювання лінійних розмірів;

- контроль якості шліфу­вання і полірування поверхонь тощо.

Просвітлення оптики. Інтерференція світла у разі відби­вання від тонких плівок лежить в основі просвітлення оптики, відкритого українським фізиком О. Смакулою. Проходження світла крізь кожну заломлюючу поверхню лінзи супроводжується відбиванням приблизно 4 % падаючо­го світла. В складних об'єктивах кількість лінз може пе­ревищувати десять і сумарна втрата світлового потоку внаслідок відбивань може досягти помітної величини. Крім того, відбивання від поверхонь лінз веде до виникнення по­лисків.

Для усунення відбивання світла на кожну вільну поверх­ню лінзи наноситься тонка плівка речовини (Рис.6.2) з по­казником заломлення іншим, ніж у лінзи. У разі проходжен­ня світла крізь лінзу відбуватиметься його відбивання як від поверхні лінзи, так і від поверхні плівки. Відбиті хвилі інтерферують. Товщина плівки підбирається так, щоб відбиті від обох поверхонь плівки хвилі гасили одна одну. Гасіння відбитого світла веде до збільшення частки енергії світла, яке проходить крізь лінзу (в цьому і полягає зміст терміну «просвітлення оптики»). Звичайно намагаються погасити відбивання зеленого світла, до якого найбільш чутливі фотоматеріали. В цьому випадку поверхня об'єктива здавати­меться

фіолетово-синьою (тому часто таку оптику називають голубою).

Рис. 6.2 Рис. 6.3

Нині усі фотоапарати випускаються з просвітле­ною оптикою.

Контроль якості поверхонь. Залежність форми інтерфе­ренційних смуг від товщини тонких прозорих плівок вико­ристовується для контролю якості шліфування і полірування поверхонь. Якщо на поверхню досліджуваного виробу В накласти добре відполіровану скляну пластинку-шаблон А (Рис. 6.3), то між цією поверхнею і нижньою поверхнею шаблона утворюється тонка повітряна плівка, в якій можна спостерігати інтерференційну картину. Інтерференційні сму­ги утворюються у разі відбивання світла від верхніх повер­хонь виробу і шаблона. Ці смуги спостерігаються через лінзу чи в мікроскоп.

Інтерферометри. Інтерференційна картина дуже чутлива до різниці ходу інтерферуючих хвиль: мізерно мала зміна різниці ходу порядку частки довжини світлової хвилі викли­кає істотне зміщення інтерференційних смуг. На цьому ґрун­тується дія інтерферометрів -

приладів для точного вимірювання довжини і кутів хвиль, а також для визначення показника заломлення прозорих середовищ.

І нтерферометр

А. Майкельсона

Центральним елементом інтер- ферометра Майкельсона є напі- впрозора пластинка, призначе- на для того, щоб розділити сві-

Рис. 6.4 тловий промінь на два когерен-тні промені, а потім знову об'єднати їх, забезпечуючи інтерференцію. Світловий промінь від джерела світла падає на пластинку під кутом 45^o. Світло частково відбивається від пластинки, а частково проходить її. На певній відстані від пластинки під прямим кутом до променів встановлені дзеркала. Відбившись від дзеркал, промені знову повертаються до пластинки, частково відбиваючись, а частково проходячи її. Екран, на якому формується інтерференційна картина, або детектор оптичного випромінювання встановлений навпроти одного із дзеркал так, що джерело світла, два дзеркала і детектор утворюють хрест.

Світловий промінь розділяється на два. Один із променів відбивається від напівпрозорої пластинки і проходить до дзеркала (Рис.6.4). Відбившись від дзеркала, промінь повертається і проходить через напівпрозору пластинку до детектора. Інший промінь проходить через напівпрозору пластинку до іншого дзеркала, відбивається від нього, повертається до пластинки і відбивається у напрямку детектора. Інтерференційна картина залежить від різниці оптичного шляху двох променів.

У промисловості інтерферометри широко використовуються для контролю якості (глад­кості, рівності) шліфованих виробів.

Практичне закріплення вивченого матеріалу

№ з/п	Вид завдання	Бали
1 2	Дати у зошиті відповіді на питання: 1.1 Перерахуйте сфери застосування інтерфе- ренції світла у техніці. 1.2. З якою метою застосовують інтерфероме- три? Принцип їх дії. 1.3 Чому просвітлювальна плівка, нанесена на поверхню лінзи, здається кольоровою? Описати випадок: 2.1 Кольорові яскраві смуги утворюються від краплі бензину лише тоді, коли вона падає на вологу, а не на суху поверхню асфальту. Поясніть, чому? Виконати рисунок.	2 2 2 4