Физика в примерах и задачах - Страница 106

IX. ОПТИКА

В оптике изучается распространение и взаимодействие с веществом коротких электромагнитных волн, длина которых составляет примерно 10^-5-10^-7 м. Внутри этой спектральной области лежит сравнительно узкий участок длин волн от 400 до 760 нм, соответствующий видимому свету, непосредственно воспринимаемому человеческим глазом. В оптический диапазон, кроме видимого света, включают также инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, так как между ними нет принципиального физического различия. Поэтому границы оптического диапазона достаточно условны, и по существу они определяются только используемыми способами получения и регистрации электромагнитных воли.

В основе волновой теории света лежит принцип Гюйгенса, позволяющий по известному положению волнового фронта в данный момент времени найти его положения в последующие моменты времени. По принципу Гюйгенса каждая точка волнового фронта является источником вторичных сферических волн. Огибающая поверхность этих вторичных волновых поверхностей даёт положение фронта волны в последующий момент времени.

Волновая теория света позволяет объяснить такие явления, как интерференция и дифракция. Для наблюдения устойчивой картины интерференции источники света должны быть когерентными, т.е. создаваемые ими волны должны приходить в точку наблюдения с постоянной разностью фаз. Добиться неизменной разности фаз двух волн от независимых нелазерных источников света невозможно. Поэтому для получения интерференционной картины свет от одного источника обычно разделяют на два пучка, а затем после прохождения ими разных путей вновь сводят их вместе. Дифракционные явления, возникающие при прохождении света через отверстия или преграды, получают объяснение при рассмотрении интерференции когерентных вторичных волн, построенных по принципу Гюйгенса.

Принцип Гюйгенса позволяет установить законы, описывающие поведение световой волны на границе раздела двух прозрачных сред. В приближении геометрической оптики для задания положения волновых поверхностей можно ввести лучи, т.е. линии, перпендикулярные волновым поверхностям. Лучи света характеризуют направление распространения волны. Вытекающие из принципа Гюйгенса правила нахождения лучей для отражённой и преломлённой волн представляют собой хорошо известные законы геометрической оптики.

Основные законы геометрической оптики - закон прямолинейного распространения света в однородной среде, законы отражения и преломления света на границе двух сред - могут быть получены и с помощью принципа Ферма. Согласно этому принципу действительный путь луча света есть путь, для прохождения которого, свету требуется экстремальное (как правило, минимальное) время по сравнению с любым другим близким к действительному мыслимым путём между теми же точками. Хотя такая формулировка принципа Ферма и не вполне точна, она достаточна для понимания рассматриваемых ниже примеров.

Поскольку скорость света в среде с показателем преломленияОригинальный текст книги читать онлайн бесплатно в онлайн-библиотеке Knigger.com