Фізика — 11 клас
Хвильові властивості світла. Електромагнітна теорія світла.
Світло — це електромагнітні хвилі в інтервалі частот , сприйманих людським оком, тобто довжин хвиль в інтервалі 380 — 770 нм.
Світла властиві всі властивості електромагнітних хвиль: відбиття, переломлення, інтерференція, дифракція, поляризація. Світло може натискати на речовину, поглинатися середовищем, викликати явище фотоефекта. Має кінцеву швидкість поширення у вакуумі 300 000 км/з, а в середовищі швидкість убуває.
Найбільше наочно хвильові властивості світла виявляються в явищах інтерференції й дифракції. Інтерференцією світла називають просторовий перерозподіл світлового потоку при накладенні двох (або декількох) когерентних світлових хвиль, у результаті чого в одних місцях виникають максимуми, а в інші мінімуми інтенсивності (інтерференційна картина). Інтерференцією світла пояснюється фарбування мильних бульок і тонких масляних плівок на воді, хоча мильний розчин і масло безбарвні. Світлові хвилі частково відбиваються від поверхні тонкої плівки, частково проходять у неї. На другій границі плівки знову відбувається часткове відбиття хвилі (мал. 46). Світлові хвилі, відбиті двома поверхнями тонкої плівки, поширюються в одному напрямку, але проходять різні шляхи. При різниці ходу I, кратної цілому числу довжин хвиль,
При різниці ходу, кратної непарному числу напівхвиль, , спостерігається інтерференційний мінімум. Коли виконується умова максимуму для однієї довжини світлової хвилі, то воно не виконується для інших хвиль. Тому освітлена
білим світлом тонка кольорова прозора плівка здається пофарбованою. Явище інтерференції в тонких плівках застосовується для контролю якості обробки поверхонь просвітління оптики.
При проходженні світла через малий круглий отвір на екрані навколо центральної світлої плями спостерігаються чередующиеся темні й світлі кільця; якщо світло проходить через вузьку щілину, то виходить картина із чередующихся світлих і темних смуг.
Явище відхилення світла від прямолінійного напрямку поширення при проходженні в краю перешкоди називають дифракцією світла. Дифракція пояснюється тим, що світлові хвилі, що приходять у результаті відхилення з різних крапок отвору в одну крапку на екрані, интерферируют між собою. Дифракція світла використовується в спектральних приладах, основним елементом яких є дифракційні ґрати. Дифракційні ґрати являють собою прозору пластинку з нанесеної на ній системою паралельних непрозорих смуг, розташованих на однакових відстанях друг від друга.
Нехай на ґрати (мал. 47) падає монохроматичний (певної довжини хвилі) світло. У результаті дифракції на кожній щілині світло поширюється не тільки в первісному напрямку, але й по всіх інших напрямках. Якщо за ґратами поставити лінзу, що збирає, то на екрані в
фокальної площини всі промені будуть збиратися в одну смужку.
Паралельні промені, що йдуть від країв сусідніх щілин, мають різниця ходу I = d sin ф, де d — постійна ґрати — відстань між відповідними краями сусідніх щілин, називана періодом ґрати, порівн — кут відхилення світлових променів від перпендикуляра до площини ґрат. При різниці ходу, рівної цілому числу довжин хвиль, спостерігається інтерференційний максимум для даної довжини хвилі. Умова інтерференційного максимуму виконується для кожної довжини хвилі при своєму значенні дифракційного кута ф. У результаті при проходженні через дифракційні ґрати пучок білого світла розкладається в спектр. Кут дифракції має найбільше значення для червоного світла, тому що довжина хвилі червоного світла більше всіх інших в області видимого світла. Найменше значення кута дифракції для фіолетового світла.
Досвід показує, що інтенсивність світлового пучка, що проходить через деякі кристали, наприклад ісландського шпату, залежить від взаємної орієнтації двох кристалів. При однаковій орієнтації кристалів світло проходить через другий кристал без ослаблення.
Якщо ж другий кристал повернуть на 90°, то світло через нього не проходить. Відбувається явище поляризації, тобто кристал пропускає тільки такі хвилі, у яких коливання вектора напруженості електричного поля відбуваються в одній площині — площини поляризації. Явище поляризації доводить хвильову природу світла й поперечность світлових хвиль.
Вузький паралельний пучок білого світла при проходженні через скляну призму розкладається на пучки світла різного кольору, при цьому найбільше відхилення до підстави призми мають промені фіолетового кольору. Пояснюється розкладання білого світла тим, що біле світло складається з електромагнітних хвиль із різною довжиною хвилі, а показник переломлення світла залежить від довжини його хвилі. Показник переломлення зв’язаний зі швидкістю світла в середовищі, отже, швидкість світла в середовищі залежить від довжини хвилі. Це явище й називають дисперсією світла.
На підставі збігу експериментально обмірюваного значення швидкості електромагнітних хвиль Максвелл висловив припущення, що світло — це електромагнітна хвиля. Ця гіпотеза підтверджена властивостями, якими володіє світло