Світла, як електромагнітна хвиля. Інтерференція світла

Світлові хвилі мають усі властивості електромагнітних хвиль, у тому числі з певною швидкістю переносять енергію. Питання про швидкість поширення світла — одне з най­більш важливих, принципових питань всієї фізики. З'ясу­вання того, що швидкість світла є граничною швидкістю по­ширення будь-яких фізичних збуджень, а також визначення числового значення цієї швидкості дали можливість обґрун­тувати електромагнітну природу світла і відіграли важливу роль у створенні теорії відносності. Інтерференція - додавання двох світлових хвиль у просторі, внаслідок чого спостерігається стійка в часі картина підсилення або послаблення результуючих світлових коливань у різних точках простору. Зони підсилення називають зонами максимумів, зони послаблення - мінімумів. Щоб положення цих зон було незмінним і картина інтерференції залишалась стійкою в часі, хвилі мають зберігати свої властивості, не змінюючи їх з часом. Якщо ця умова виконана (різниця фаз у хвилях з часом їх частота є однаковою), то хвилі називають когерентними. Оскільки світло - це електромагнітна хвиля, тому, якщо в просторі одночасно поширюються дві чи більше хвиль, то в кожній точці (зокрема і в точці А) хвилі будуть накладатись одна на одну, утворюючи інтерференційну картину. Вона складається із повторюваних мінімумів (min) і максимумів (max) освітленості.

Сучасні уявлення про простір і час

Як з'ясував А. Ейнштейн, щоб закони Ньютона були інваріантними в усіх інерціальних системах відліку і відповідали положенням СТВ, слід переглянути деякі класичні уявлення про рух і взаємодію тіл. Зокрема, за допомогою математичних перетворень формули другого закону Ньютона він встановив, що маса тіла залежить від швидкості його руху.• Сучасна фізика ґрунтується переважно на двох теоретичних узагальненнях: квантовій гіпотезі М. Планка, висунутій ним у 1900 році, і постулатах теорії відносності, сформульованих у 1905 році А. Ейнштейном. Простір і час нерозривно зв'язані між собою. їх єдність проявляється у русі і розвитку матерії. Простір і час і матеріальні об'єкти лише тоді прикладалися один до одного, але не взаємодіяли, тобто знаходилися у відриві, в протиставленні. Виходячи з такої концепції, Ісаак Ньютон будував фізичну модель світу. Ньютонові розуміння сутності простору і часу справило суттєвий вплив на пізнавальну активність. Перші світоглядні послідовники І. Ньютона, застосувавши його ідеї до історичного процесу, обґрунтували згодом філософію механіцизму, що визнає механічні форми руху матерії єдино об'єктивними. Прихильники реляційної концепції розуміють простір і час не як самостійні сутності, а як системи відносин, що утверджуються взаємодіючими матеріальними об'єктами. Поза такою системою взаємодій простір і час вважаються неіснуючими. Сформульована в 1916 році Альбертом Ейнштейном (1879-1955pp.) теорія відносності складається з двох зв'язаних між собою теорій: спеціальної теорії відносності і загальної теорії відносності. Спеціальна теорія відносності переконливо довела, що численні просторово-часові властивості, що вважалися незмінними, абсолютними, у дійсності виступають відносними, релятивними.

 

 

Білет № 29

Дифракція світла

Якщо процес поширення світла є хвильовим процесом, то, окрім інтерференції, має бути і дифракція світла. Адже дифракція - це огинання хвилями країв перешкод - властива будь-якому хвильовому руху. Але спостерігати дифракцію світла важко, оскільки хвилі відхиляються від перешкод на помітні кути лише за умови, що розміри перешкод приблизно дорівнюють довжині хвилі, а вона дуже мала. Принцип Гюйгенса-Френеля формулюється так: дифракція виникає внаслідок інтерференції вторинних хвиль. Явище відхилення світла від прямолінійного поширення називається дифракцією світла. Оскільки довжина світлової хвилі є дуже малою, то і розміри перешкод чи щілини мають бути малими. Наприклад, під час проходження монохроматичного світла через круглий отвір, розмір якого сумірний з довжиною падаючих світлових хвиль, на екрані навколо центральної світлової плями спостерігаються темні і світлі кільця, що чергуються. Якщо таке саме світло проходить через вузьку щілину, то матимемо маку картину. Поява світлих і темних кілець, що чергуються, в ділянці геометричної тіні французький фізик Френель пояснив інтерференцією світлових хвиль, які надходять у результаті дифракції із різних точок отвору в одну точку на екрані.

Швидкість світла у вакуумі

Ейнштейн доповнив таке узагальнене формулювання дуже важливим постулатом (твердженням без доказу): швидкість світла у вакуумі не залежить від швидкості руху ні джерела світла, ні приймача, тобто є константою (с=3*10 у 8 степені м/с). Це значення швидкості є максимально можливим значенням швидкості руху тіл чи частинок, а також максимально можливою швидкістю передачі сигналів. 

У природі зі швидкістю світла поширюються (у вакуумі):

-власне, видимий світло та інші види електромагнітного випромінювання (радіохвилі, рентгенівські промені та ін)

-імовірно - гравітаційні хвилі

-глюони і все безмасові частинки

-можуть мати швидкість, що наближається майже впритул до швидкості світла (але все ж не досягаючи її точно), швидко розігнані частки (наприклад, на прискорювачі) або частинки космічних променів.

У спеціальній теорії відносності одночасність двох подій, що відбуваються в різних точках простору є відносною: події, одночасні в одній інерціальній системі відліку, не є одночасними в інших інерціальних системах, що рухаються відносно першої.

 

 

Білет № 30

Утворення і поширення електромагнітних хвиль

Електромагнітна хвиля — це протей поширення електромагнітного поля. Електромагнітні коливання поширюються у вигляді електромагнітних хвиль. У них відбуваються взаємні перетворення електричного і магнітного полів, які разом утворюють змінне електромагнітне поле. Процес поширення змінного електромагнітного поля у просторі називають електромагнітною хвилею.

Для одержання електромагнітних хвиль, як і хвиль будь-якої природи, потрібна система, в якій відбуваються коливання. Для електромагнітних коливань такою системою може бути коливальний контур. Сучасні електронні системи дають змогу підтримувати в ньому незатухаючі коливання протягом тривалого часу, що, у свою чергу, створює умови для тривалого випромінювання електромагнітних хвиль.

Однак сам по собі закритий коливальний контур не може випромінювати електромагнітні хвилі. Електромагнітні коливання відбуваються в самому коливальному контурі і зовні це практично нічим не проявляється.

Закритий коливальний контур не випромінює електромагнітних хвиль. Відкритий коливальний контур, у якому відбуваються електромагнітні коливання, має змінні магнітне й електричне поля. Відкритий коливальний контур може бути джерелом електромагнітної хвилі. Змінний струм у відкритому коливальному контурі породжує змінне електромагнітне поле. Зміни електромагнітного поля поширюються в просторі, як хвилі. На відстані декількох довжин хвилі від відкритого коливального контура в просторі вже поширюється єдина електромагнітна хвиля, в якій відбуваються взаємозумовлені одночасні зміни електричного і магнітного полів — складових електромагнітного поля. Цю частину хвилі називають хвильовою зоною.

Поляризація світла

Явище інтерференції і дифракції світла підтверджують його хвильову природу. З хвильової точки зору пояснюють і явище поляризації, яке можна спостерігати тільки в поперечних хвилях. Світлову хвилю називають плоскополяризованою, якщо вектори напруженості електричного поля і магнітного поля в цій електромагнітній хвилі коливаються в певній площині. У природному світлі вектори і коливаються в довільних площинах, перпендикулярних до напряму поширення хвилі. Поляризатором називається пристрій, який перетворює природне світло в поляризоване. Поляризатори мають властивість пропускати світлові хвилі з коливаннями вектора , який лежить тільки в одній площині.