Физическое объяснение явления

Свет распространяется в прозрачной среде – первичная электромагнитная волна.Под действием энергии электромагнитной волны электроны атомов, молекул и ионов среды начинают совершать гармонические колебания и становятся источником вторичных электромагнитных волн. Электроны атомов, молекул и ионов – это внешние, слабосвязанные электроны называются оптическими электронами.Частота колебаний вторичных волн равна частоте колебаний первичных волн, т.е.: Между первичной и вторичной волнами образуется разность фаз, которая зависит от υ или l волны, а следовательно, волны с различной l должны иметь различную скорость v в среде, а следовательно и различные показатели преломления, т.к.: , а Общая дисперсионная формула:

,где l – длина первичной волны;l₀ – длина волны, соответствующая собственной частоте колебания электронов вещества;k – постоянная (характеристика среды). Чем больше l, тем меньше n (при l>l₀), т.е.:волны с большой l имеют меньший n и меньше отклоняются; чем больше l, тем меньше v. Опытное изучение явления дисперсии осуществил Ньютон в 1666г., пропуская белый свет через стеклянную призму.

Угол отклонения δ равен: δ = (n – 1)•α

S К Ф щель экран δ lк lф lк>lф α

Таким образом, можно определить частоты собственных колебаний электронов вещества (впервые экспериментально доказал в 1912г. Рождественский).

Мерой дисперсии является увеличение показателя преломления да определённом интервале частот Dυ или его уменьшение (–Dn) в интервале длин волн Dl, т.е.:

Когда υ = υ₀, то амплитуда вынужденных колебаний электронов становится большой и в результате их взаимных столкновений часть поглощённой световой энергии не излучается обратно, а переходит в тепловую. Поэтому в области аномальной дисперсии происходит сильное поглощение и понижение прозрачности тел.

Для рентгеновских лучей (υ_р = 10¹⁸ Гц), υ_р>> υ₀ и для них нет аномальной дисперсии, а следовательно, они почти не поглощаются веществом и проходят большие толщи вещества. Для рентгеновских лучей υ = C, а следовательно, n_р.л.» 1.

Линзы

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное с двух сторон криволинейной поверхностью.

Линза называется тонкой, если ее толщина значительно меньше, чем радиусы кривизны R₁и R₂ обеих поверхностей. На оптических схемах линзы обычно обозначают двунаправленной стрелкой.Радиус кривизныR>0 для выпуклой поверхности; R<0 для вогнутой.

Прямая проходящая через центры кривизны поверхностей линзы называется главной оптической осью.Оптическим центром линзы(обычно обозначается O) называется точка, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее не преломляясь.Побочными оптическими осями называются прямые, проходящие через оптический центр линзы и не совпадающие с главной оптической осью. Фокусом линзы Fназывается точка, лежащая на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи параксиального (приосевого) светового пучка, распространяющиеся параллельно главной оптической оси. Фокальной плоскостью называется плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно ее главной оптической оси. Фокусным расстоянием fназывается расстояние между оптическим центром линзы O и ее фокусом F: Формула тонкой линзы: , где aи b - расстояния от линзы до предмета и его изображения. Если a= ∞, т.е. лучи падают на линзу параллельным пучком (а), то b = f. Если b=∞, т.е. изображение находится в бесконечности (б), и, следовательно, лучи выходят из линзы параллельным пучком, то a = f.Фокусные расстояния линзы, окруженной с обеих сторон одинаковой средой, равны.Величина Φ = 1/f называется оптической силой линзы Ее единица -диоптрия (дптр) - оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1м.Линзы с положительной оптической силой являются собирающими, с отрицательной – рассеивающими. В отличие от собирающей линзы, рассеивающая линза имеет мнимые фокусы. В мнимом фокусе сходятся (после преломления) воображаемые продолжения лучей, падающих на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси.

Принцип Гюйгенса – Френеля

Имеется точечный источник S` и на пути ставим диафрагму и экран.

r0 S` S` большая диафрагма малая диафрагма Э Опыт №1

Дифракция – отклонение света от прямолинейного распространения в однородной среде, когда свет, огибая препятствие, заходит в область геометрической тени. Дифракция подтверждает волновую природу света. Анализ дифракции света ведётся на основе принципа Гюйгенса и законов интерференции. Принцип Гюйгенса –каждая точка, среды, до которой доходит световое возбуждение, является центром вторичных волн. Поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, даёт фронт действительно распространяющейся волны в этот момент времени. Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку фронта можно рассматривать как самостоятельный источник колебаний. Считается, что в однородной среде вторичные волны излучаются только вперёд, т.е. в направлениях, составляющих острые углы с внешней нормалью к фронту волны.

Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим, он не указывает способа расчёта амплитуды волны, огибающей вторичные волны. Принцип Френеля – волновое возмущение в любой точке пространства можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн от фиктивных источников, на которые разбивается волновой фронт. Объединение положений Гюйгенса и Френеля называется принципом Гюйгенса – Френеля, который позволяет рассматривать случаи дифракции света.