ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 52
Скачиваний: 0
зона нанесенных на диаграмму длин волн, значения длин волн отложены в логарифмическом масштабе, т. е. длины отрезков, обозначающих длины волн, пропорциональны 1g X . В верхней час ти диаграммы указаны значения длин волн в ангстремах, а в ниж ней части диаграммы указаны наименования волн. Как видно из рисунка, области, соответствующие различным видам электромаг нитных волн, перекрывают друг друга, что говорит об условности приведенного выше деления;
Электромагнитные волны различной длины обладают, как уже указывалось, различными свойствами. Этим объясняется и разно образие их применения в быту и технике. Не говоря о видимых, световых волнах, электромагнитные волны других длин находят себе широкое применение в различных областях техники: так на пример, электромагнитные волны длиной от нескольких километров до волн, порядка 10 метров применяются в радиовещании, метро вые волны — в телевидении, сантиметровые — в радиолокации.
Невидимые глазом инфракрасные лучи, как более длинные по сравнению с видимыми лучами, менее рассеиваются и поглощаются атмосферой. Эта особенность позволяет использовать инфракрас ные лучи в военных целях. Так при помощи инфракрасных лучей производят фотографирование местности. На основании улавли вания инфракрасных лучей, отраженных различными телами, осно вано устройство тепловых обнаружителей. Кроме этого путем спе циальных приспособлений можно использовать инфракрасные лучи для возбуждения свечения различных веществ, которыми покры вают небольшие экраны. Таким образом инфракрасные лучи дают возможность «видеть» в темноте.
Ультоафиолетовые лучи вызывают ионизацию газа и дают на чало целому ряду фотохимических реакций. Еще более короткие электромагнитные волны — рентгеновские, также как и гамма-лу чи, широко используются, например, в технике для целей дефекто скопии, при изучении структуры различных тел, а также исполь зуются в медицине не только как глубоко проникаюшее’излучение, но и как мощный фактор, способствующий излечению различных заболеваний. Указанными выше примерами далеко не исчерпы ваются все виды использования электромагнитных волн.
§ 3. Измерение скорости света.
Задача измерения скорости света относится к числу наиболее важных задач физики, решение которой имело большое принци пиальное и практическое значение.
Установление конечности скорости света, измерение величины этой скорости в пустоте и различных средах послужило в свое
8
время основанием для решения спора, между волновой и корпуску лярной теориями света. Совпадение величины скорости распростра нения света со скоростью распространения электромагнитного поля сыграло не малую роль при обосновании электромагнитной теории света.
Наконец, большое количество экспериментальных и теоретиче ских работ, связанных с вопросом о влиянии движения системы на скорость распространения света в ней, привело к фомулировке Эйнштейновского принципа относительности, имеющего исключи тельное значение не только для физики, но и для философии.
Теоретические и экспериментальные исследования оптических случаев принципа Допплера дали возможность решить ряд слож ных астрономических задач.
Задача экспериментального определения величины скорости рас пространения света является для экспериментатора одной из самых трудных задач из-за огромного значения измеряемой величины, приводящей к необычным масштабам.
Первая попытка определения величины скорости распростра нения света была предпринята Галилеем в 1607 году. Галилей расположил двух наблюдателей (А и В), имевших закрывающиеся фонари, на значительном расстоянии друг от друга. Когда свето вой сигнал от наблюдателя А воспринимался наблюдателем В, то последний открывал затвор своего фонаря, посылая тем самым световой сигнал первому наблюдателю, который мог измерить вре мя, протекшее между моментом посылки и моментом получения им светового сигнала. По этому времени и по величине расстояния между наблюдателями Галилей предполагал найти скорость рас пространения света.
Попытка Галилея, естественно, не привела ни к каким резуль татам, так как предположение о мгновенности реакции наблюда телей на приходящий световой сигнал не соответствует действи тельности. Ввиду огромного значения скорости распространения света, Галилеем фактически измерялось время, потраченное на блюдателями на реакцию. Это время можно сократить, заменив второго наблюдателя (В) зеркалом, отражающим световой сигнал. Однако все же время потраченное на реакцию и одним наблюда телем (А), будет во много раз больше времени, пошедшего на рас пространение светового сигнала.
Первое определение величины скорости распространения света, давшее удачные результаты, было произведено датским астроно мом ОлаЛом Рёмеоом (1676 г.'), работавшим в Паоижской обсер ватории. Рёмер вычислил величину скорости распространения све та на основании измерения времени запаздывания затмений спут-
9
ников Юпитера. Для величины скорости распространения света Рёмер получил значение с=215000 км/сек.
Впоследствии были разработаны настолько точные методы ре гистрации приема световых сигналов и методы измерения корот ких промежутков времени, что появилась возможность воспользо ваться принципом схемы Галилея, расположив источник света и отражающее зеркало на стравнительно небольших расстояниях.
Неоднократно, со все увеличивающейся точностью, производи лись опыты по определению скорости света в земных условиях.
Первое измерение скорости распространения света в земных ус ловиях, т. е. при использовании искусственного источника света, было произведено Физо в 1849 году. Схема установки Физо приве дена на рис. 2. Свет от источника S, направлялся на посеребрен ную полупрозрачную пластинку А под углом в 45°. Отражаясь от пластинки, световой луч проходил между зубцами зубчатого коле са В, падал затем на плоское зеркало С, находившееся на расстоя нии 8,63 км от зубчатого колеса. Отраженный от зеркала световой луч возвращался к зубчатому колесу, проходил между его зубцами и, проходя сквозь полупрозрачную пластинку А, попадал в глаз наблюдателя. Фокусировка светового пучка производилась при помощи линз, не помеченных на схематическом рисунке 2.
Рис. 2. Определение скорости света методом Физо
Зубчатое колесо приводилось во вращение. При постепенном
увеличении скорости вращения, при частоте |
, |
при которой за |
время прохождения световым пучком пути ВС |
и |
обратно, зубча- |
1 О
тое колесо успевало повернуться настолько, чтобы подошедший зуб колеса преградил путь световому пучку, наблюдатель пере ставал видеть свет.
Так как время (t), потребное для прохождения световым лучом
пути ВС и обратно, или что то же — время |
поворота зубчатого |
||
колеса было |
‘=К |
|
|
|
|
|
|
где п — число зубцов по окружности |
колеса, |
то скорость распро |
|
странения света (с) могла |
быть вычислена из |
соотношения: |
|
С |
2ВС |
2L |
|
1 |
2nv,1 |
|
|
где L - расстояние между зубчатым колесом и зеркалом.
При дальнейшем увеличении числа оборотов, при некоторой частоте вращения \>2, на пути светового луча становился промежу ток между зубцами, и наблюдатель снова видел свет. В этом слу чае скорость распространения света могла быть вычислена из со отношения:
2L
nv2
Через 13 лет Физо были проведены опыты по определению ско рости распространения света в воде. Полученные им результаты показали, что скорость распространения света в воде МЕНЬШЕ скорости распространения в воздухе. Эти результаты имели прин ципиальное значение, ибо говорили в пользу волновой теории све та.
Как на один из последних опытов, следует' указать на экспери мент Майкельсона, проведенный в 1926 г. Схема установки Майкельсона изображена на рис. 3.
Световой пучок от дуги S, ограниченный щелью А, отражался от грани № 1 восьмигранной зеркальной призмы В. После последо вательного отражения от плоских зеркал С и Д, падал напара болическое зеркало Е (диаметром 60 см.).
Так как зеркало Д находилось в фокусе, зеркала Е, то лучи, от раженные от параболического зеркала, направлялись параллель ным пучком на второе параболическое зеркало Е', находившееся на расстоянии 35,5 км. от зеркала Е.
Зеркалом Е' лучи направлялись в его фокус, где находилось плоское зеркало Д'. После вторичного отражения от зеркала Е',
Рис. 3. Схема установки Майкельсона по определению скорости света
лучи параллельным пучком падали на зеркало Е, а затем после последовательного отражения от зеркал Д" и g, падали на грань № 5 призмы В и, отражаясь от нее, попадали в глаз наблюдателя.
При вращении призмы В наблюдатель мог увидать изображение щели только в том случае, если за время, протекшее между момен том отражения света от грани № 1 до возвращения светового луча к зеркальной призме, последняя повернется точно на угол в 45°, т. е. на место грани № 5 установится грань № 6.
Если грань № 6 встанет на место грани № 5 не совсем точно, то изображение щели немного сместится в сторону. Это смещение могло быть измерено и учтено в виде дополнительной поправки* Зная длину, указанного выше пути, а также время прохождения этого пути световым пучком, можно было определить скорость распространения света, для которой М'айкельсон получил значение
с= 299796 ± 4 км/сек.
В1932 году Майкельсон провел измерение скорости распростра нения света в вакууме, получив результат с ошибкой в ± 2 км/сек.
Рекордная точность в определении скорости распространения
света была достигнута в 1950 году Бергштрандом, получившим результаты с погрешностью до 0,25 км/сек.
Практически в большинстве случаев с достаточной степенью точности можно считать, что
с= 299800 км/сек,
апри более грубых подсчетах, что
с= 300000 км/сек.
§ 4. Давление света.
Световая волна, являющаяся волной электромагнитной, пред ставляет собой волну, в которой электрический и магнитный векто ры взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикуляр ной направлению распространения волны. Световая волна, падая на поверхность любого тела, естественно, будет взаимодействовать с атомами и молекулами этого тела. Под действием переменного электрического поля волны, на поверхности тела, на которую падает световая волна, возникнет движение зарядов, направление которого будет совпадать с направлением электрического поля падающей волны. Таким образом направление возникающего тока будет пер пендикулярно направлению падающего луча света.
Магнитное поле световой волны, перпендикулярное направле нию этого тока на поверхности тела, согласно формуле Лоренца, бу дет действовать на ток с силой, направление которой будет перпен-
13
