Фізична оптика
Фізична оптика
Хвильові властивості світла та його взаємодію з речовиною вивчають у спеціальному розділі - фізичній оптиці. Світло поширюється зі скінченою швидкістю. Досліди свідчать, що швидкість світла в різних середовищах дорівнює:
де с - швидкість світла у вакуумі, п - абсолютний показник заломлення.
Дисперсія світла - явище залежності швидкості світла, а також і показника заломлення від довжини хвилі (кольору) або від частоти.
Біле світло - це сукупність електромагнітних хвиль з різною довжиною хвилі. Біле світло при проходженні через призму розкладається в спектр. Найменше заломлюються червоні промені, найбільше - фіолетові. Найбільша швидкість у променів червоного кольору, найменша - у променів фіолетового кольору.
Інтерференція світла. Інтерференцією називають явище, яке виникає в процесі накладання двох (або більше) світлових хвиль однакового періоду в однорідному ізотропному середовищі, внаслідок чого енергія хвиль у просторі перерозподіляється. Інтерферувати можуть тільки когерентні хвилі, тобто хвилі рівних частот і сталої у часі різниці фаз. Когерентні промені дістають поділом пучка світла від одного і того ж самого джерела на два промені або використовуючи лазери.
Результуюче коливання максимально підсилюється тоді, коли різниця ходу додаваних хвиль дорівнює парному числу півхвиль або цілому числу довжин хвиль.
Результуюче коливання ослаблюється, якщо різниця ходу додаваних хвиль дорівнює непарному числу півхвиль
де ?l - різниця ходу двох хвиль, які збуджують коливання в даній точці,
? - довжина хвилі, п - 0, 1, 2, 3 ... - називають порядком інтерференційного максимуму або мінімуму.
Приклади спостереження інтерференції хвиль:
1. Виникнення кольорів тонких плівок.
2. Виникнення кілець Ньютона (смуги однакової довжини).
Інтерференція використовується для :
1. Перевірки якості обробки поверхонь.
Нерівність обробленої поверхні до 10-6см зумовлює викривлення інтерференційних смуг.
2. Просвітлення оптики.
Усунення відбивання світла від поверхонь оптичних приладів завдяки нанесенню на їх поверхню плівки з показником заломлення меншим за показник заломлення матеріалу, з якого виготовлена оптична система.
3. Інтерферометри - прилади, призначені для точного вимірювання довжини світлових хвиль, визначення показника заломлення газів.
4. Голографія - метод створення зображень, заснований на збереженні інтерференційної картини, що створюється при освітленні об'єкта.
Дифракція світла - явище огинання перешкод світловими хвилями, які поширюються в неоднорідному середовищі. Дифракція спостерігається під час проходження світла через малі отвори чи огинання світлом перешкод, розміри яких малі (співмірні) порівняно з довжиною хвилі.
Явище дифракції хвиль тісно пов'язане з інтерференцією хвиль. Дифракційна картина, по суті, є нічим іншим, як інтерференційною картиною хвиль, на шляху яких є перешкода. Чим менший розмір перешкоди, тим більша дифракція.
а - дифракційна картина, коли діаметр отвору порівняний з відстанню до екрана (Рис.68);
б - коли діаметр отвору в тисячі разів менший за відстань до екрана(Рис.68);.
Оптичний прилад з великою кількістю вузьких прозорих щілин (розділених непрозорими проміжками), на яких спостерігається явище дифракції, називають дифракційною решіткою. Вона використовується для дослідження спектрального складу світла і визначення довжини хвилі.
Формула дифракційної решітки (умова, за якої хвилі, що йдуть від щілини, підсилюють одна одну):
- max
d?Sin?=(2k+1)?/2 - min
k - порядок максимуму;
? - довжина хвилі;
d = a + b - період дифракційної решітки;
а - ширина прозорих щілин;
b - непрозорих щілин (Рис.).