Файл: Нечаева Н.Н. Волновая оптика.pdf

Дикулярно как к направлению тока, так и к направлению магнит­ ного поля, т. е. будет совпадать с направлением распространения светового луча. Следовательно, поверхность, на которую падает световой луч, должна испытывать давление в направлении указанной силы.

Рис. 4. Схема установки Лебедева по определению величины светового давления

Впервые экспериментально световое давление было обнаружено и измерено в 1900 году профессором Московского Университета П. Н. Лебедевым, который измерял световое давление, производи­ мое. световым пучком от электрической дуги, падающим на тон­ кие кружки диаметром 5 мм. Основная деталь прибора проф. Лебе­ дева представляла собой легкую подвесную .систему, к которой при­ креплялись тонкие кружки исследуемого материала, из которых од­ ни кружки были зачернены, а другие отполированы, (рис. 4/2) Эта подвесная система помещалась в стеклянный сосуд, из которо­ го был выкачен воздух. Под действием силы светового давления вся подвесная система поворачивалась на некоторый угол, величи­ на которого измерялась методом зеркального отсчета (зеркальце в).

4

ГЛАВА II. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ СВЕТА.

§ 1. Принцип Гюйгенса.

Как уже указывалось выше, в конце XVII века Гйэйгенсом бы­ ла высказана гипотеза о волновой природе света. По воззрениям Гюйгенса, световая волна распространяется в упругой среде — «ми­ ровом эфире». Гюйгенс, занимаясь вопросом о распространении волнового фронта, установил принцип, согласно которому, по поло­ жению фронта волны в данный момент, можно установить положе­ ние фронта волны через некоторый промежуток времени. Этот принцип носит название принципа Гюйгенса.

Рис. 5. Образование элементарной волны от отверстия в экране

Принцип Гюйгенса, высказанный им без доказательства, а лишь на основе совпадения вычисленных результатов с результа­ тами опыта, по существу сводится к следующему. Пусть, например, из точечного источника L сферическая волна падает на экран N (рис. 5), имеющий малое отверстие S. -Форма проходящей через отверстие волны будет такова, как будто она выходит из отверстия S, как из самостоятельного источника колебаний. Это положение дает право считать, что каждую точку фронта волны можно считать

16

рассматриваема, как самостоятельный источник колебаний, т. е.. источник элементарных волн, которые за время At распространят­ ся на расстояние AR равное

AR=VAt

Найдя положение этих элементарных волн, новое положение основ­ ного фронта волны к моменту времени t + At, получим как оги­ бающую всех найденных элементарных волн. Световые лучи будут являться семейством прямых, перпендикулярных фронту ос­ новной волны.

§ 2. Отражение и преломление света.

Применим принцип Гюйгенса для вывода закона отражения ' света. Пусть на отражающую поверхность 00 падает пучок парал­ лельных лучей (фронт волны плоский). Фронт волны достигнет от­ ражающей поверхности прежде всего в точке А. (рис. 7), занимая при этом положение АЕ.

За время At, за которое второй край фронта волны достигнет точки С, от точки А, как от самостоятельного источника, распро­

дет до отражающей поверхности в точке В, из которой распростра­ нится элементарная волна с радиусом AR в , равным:

ARB=ARA-gB

Построив указанные элементарные волны и проведя их огибаю­ щую (в нашем случае — прямая CD), найдем новое положение фронта основной волны. Направление световых лучей, как указыва­ лось выше, будет перпендикулярным к фронту CD.

На основании геометрических соображений, покажем справедли­ вость законов отражения света.

Так как треугольники АВС и ADC равны между собой, как прямоугольные треугольники с общей гипотенузой АС и равными (по построению) катетами ЕС и AD, то будут равны и углы а.

Так как угол между направлением луча и фронтом волны АЕ, также как и угол РАВ, — прямые, то углы i и а равны между со­ бой. Аналогичным образом можно показать, что

т. е. угол падения равен углу отражения.

18

поверхность 00 — границу раздела двух сред (рис. 8); скорость рас­ пространения света, в которых соответственно V] и V2. Обозначим через i и г углы падения п преломления светового луча.

Кмоменту времени t, когда волновой фронт достигнет точки А, положение фронта волны изобразится прямой AD, перпендикуляр­ ной направлению распространения падающего луча.

Кмоменту времени t +At, когда волновой фронт в первой сре­

де дойдет до точки С, элементарная волна от точки А во второй среде распространится на, расстояние.

AE=ARa=V2At

20

Положение этого фронта элементарной волны можно построить, проведя полусферу радиуса ARa.

Радиус фронта элементарной волны, распространившейся за это время от срединной точки В, будет:

ARb =(DC-gB)-^-

Новое положение фронта основной волны во второй среде к мо­ менту времени t + At будет, согласно принципу Гюйгенса, огибаю­ щей элементарных волн, т. е. прямой ЕС. Направление лучей во второй среде будет перпендикулярным к фронту волны.

На основании изложенных геометрических построений можно написать, что

Полученное соотношение выражает собой обычный закон прелом­ ления света, где nt и п2 — соответствующие абсолютные показа­ тели преломления первой и второй среды.

§ 3. Дисперсия света.

Явление разложения света, называемое дисперсией, на­

1669—1671 гг. Цветную полосу, получаемую на экране в резуль­ тате разложения падающего на призму света, Ньютон назвал <т п е кт р о м».

Разложение света — дисперсия — происходит из-за различной скорости распространения в преломляющей среде световых волн различной длины. Таким образом показатель преломления п ме­ няется при изменении длины волны во всех прозрачных средах, кроме вакуума, в котором волны всех длин волн распространяются с одинаковой скоростью. Следовательно для всех прозрачных тел

призм, хотя и с равными преломляющими углами, но изготовлен­ ными из различных материалов, не только отклонены на раз-

21