ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 16
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Закон преломления может быть записан в более удобном для употребления виде
Каждая точка, до которой доходит возмущение от источника, сама становится источником распространяющихся элементарных сферических волн, огибающая которых в каждый момент времени представляет собой новый фронт волны.
16.3 Полное внутреннее отражение
Когда угол падения а, начинает приближаться к некоторому углу апред, угол преломления приближается к прямому (а2 -* я/2), а интенсивность преломленного пучка очень быстро стремится к нулю. При всех углах падения, превосходящих угол апред, который называют предельным, свет полностью отражается от границы раздела, как от идеального зеркала, и преломленного пучка не существует. Это явление называют полным внутренним отражением
Для вычисления предельного утла полного внутреннего отражения положим в выражении (16.6) оц = апред и а2 = я/2, получим
Одним из интересных применений полного внутреннего отражения явилась новая интенсивно развивающаяся область оптотехники — волоконная оптика. Под этим названием объединяется ряд приборов и установок, предназначенных для передачи информации и энергии с помощью световых пучков.
Первые опыты по использованию оптических каналов связи показали их высокую эффективность.
16.4 Фотометрические величины и единицы
График относительной спектральной световой эффективности Vx, равной отношению спектральной световой эффективности при данной длине волны к спектральной световой эффективности при X = 555 нм. График V дан для нормального глаза.
Уменьшение или увеличение длины волны всего на 50 нм относительно длины волны, соответствующей максимальной чувствительности глаза, снижает световое ощущение в два раза
Мощность излучения, приходящегося на видимый участок спектра (излучения с частотами от 3,9 • 1014 до 7,5 • 1014 Гц или с длинами волн от 760 до 400 нм), воспринимаемого глазом,
называют световым потоком Ф0.
Для монохроматического света, соответствующего максимуму видности (А, = 555 нм), световой поток равен 683 лм, если мощность излучения равна 1 Вт
Источник называют точечным, если его размеры значительно меньше расстояния от источника до освещаемой поверхности и он излучает свет равномерно во все стороны. Пример точечного источника света — звезда на небе.
Единицей телесного угла служит стерадиан (ср) — это телесный угол
Единицей силы света в СИ служит кандела (кд), определяемая с помощью специального эталонного точечного источника света.
Освещенностью Е некоторой поверхности называют отношение светового потока Ф0, равномерно распределенного по поверхности, к площади этой поверхности:
В СИ единицей освещенности служит люкс (лк): 1 лк равен освещенности поверхности 1 м2 при падающем на него световом потоке 1 лм, т.
люкс — это освещенность поверхности монохроматическим излучением частотой 5,4 • 1014 Гц
Способы измерения световых потоков различных источников света, а также создаваемой ими освещенности составляют содержание фотометрии — раздела оптики
Очень важно определить освещенность объектов при фото- и киносъемках. Для этого применяют специальный прибор — фотоэкспонометр
1. Освещенность, создаваемая точечным источником света, обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника.
2. В случае точечного источника поверхностная плотность потока излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника.
16.5 Звездные величины
Солнце и звезды являются источниками электромагнитного излучения всевозможных частот, включая и видимый свет, который является лишь частью полного излучения.
Мощность излучения звезды, приходящаяся на световой, т. е. оптический, диапазон, составляет ее световой поток Ф0. Полный поток излучения звезды характеризует ее светимость L.
Световой поток выражается в люменах (лм), а светимость — в ваттах (Вт). Светимость — это основная характеристика звезд.
Параметр, характеризующий наблюдаемую яркость
(блеск) звезды, принято обозначать тем же символом Е, которым обозначают освещенность.
Видимая звездная величина обозначается значком т (от лат. magnitido — величина) в числителе дроби.
Расстояния до звезд принято выражать либо в световых годах, либо в парсеках, причем
Звезды с измеренным параллаксом мысленно располагают на расстоянии Rq = 10 пк, которое называют стандартным. Пусть видимый блеск звезды равен Е на стандартном расстоянии он будет равен Е0.
Расстояние R в парсеках через годичный параллакс р, выраженный в секундах, определяется соотношением R=l/p
Задачи:
16.2
Критический угол для границы вода-воздух равен α = 48,7°
R = h*tgα = 0,8*1,110 = 0,88 (м) = 88 (см)
17.1 Интерференция света
Фотоэффект, фотохимические реакции, действие света на глаз, фотолюминесценция и т. п. (см. гл. 18) определяются действием вектора Е.
Оба вектора поля (Е и В) неразрывно связаны в электромагнитной волне и ни при каких условиях нельзя получить волну, в которой была бы только одна составляющая поля.
Условие возникновения интерференционных максимумов и минимумов удобно выразить через разность расстояний от источников до точки, где производится наблюдение, т. е. через так называемую разность хода:
Интерференция может возникнуть и при сложении волн, излучаемых несколькими источниками.
Пусть имеется N источников. Нетрудно убедиться, что в некоторых точках амплитуда суммарного колебания светового вектора
17.2 Когерентность
Для получения устойчивости интерференционной картины необходимо, чтобы разность фаз слагаемых волн сохранялась во времени.
Для синусоидальных волн это выполняется автоматически, если их частота совпадает: из ф, = со/-г ф0| и ф2 = со/Чф02 следует 5 = ф2 - ф! = ф02 - ф01 = const.
Так как звуковые волны от камертонов или звуковых генераторов, а также радиоволны от генераторов незатухающих колебаний практически синусоидальные, то условие совпадения частот двух источников гарантирует возникновение интерференционной картины.
Световые волны одинаковой частоты, имеющие постоянную во времени разность фаз, называют когерентными. Соответственно когерентными называют источники, излучающие когерентные волны.
Только при сложении двух или нескольких когерентных световых волн наблюдается интерференция.
Световые волны одинаковой частоты (одинакового цвета), у которых разность фаз беспорядочно меняется, называют некогерентными
. Они не дают интерференционной картины.
ля того чтобы получить когерентные световые волны, пучок света от одного источника разбивают на два и эти пучки проводят по разным путям, чтобы создать разность хода. Затем эти пучки сводят и наблюдают на экране (или на сетчатке глаза) интерференционную картину.
17.3 Опыт Юнга. Спектр
В 1801 г. Т. Юнг наблюдал интерференцию света с помощью установки, изображенной на рис
Получение на опыте интерференции света явилось решающим доказательством волновой теории света.
Очевидно, что в точке О, расположенной на одинаковом расстоянии от щелей 5, и 52, возникает интерференционный максимум, ибо здесь разность хода равна нулю и обе волны приходят в эту точку в одинаковой фазе. Здесь наблюдается нулевой (т = 0) — главный — максимум.
Пусть в точке М наблюдается первый (т = 1) максимум, тогда разность хода
2х
д = г2 - г, = — = А. Из рис. 17.6 видно, что при значительном расстоянии L от щелей до экрана Д = г2 - /•, = d sin 0, а расстояние на экране от нулевого до первого максимума ОМ - у - L tg 0 a L sin 0, ибо угол 0 очень мал. Подставив значение
.„ДА.
sin 0 = — = — в это выражение, получим d d
Световые волны с определенной частотой колебаний называют монохроматическими
В теории колебаний разложение несинусоидального колебания на синусоидальные составляющие называют спектральным разложением; диаграмму, изображающую зависимость амплитуды (или интенсивности) каждой составляющей от ее частоты, называют спектром.
17.4 Цвета тонких пленок. Кольца Ньютона
Интерференцию света можно получить с помощью тонкой пленки, например мыльной, или тонкого слоя керосина на воде и т. п.
Пусть волна MN, направление распространения которой задано лучом SA, падает на пленку почти перпендикулярно (рис. 17.8). В точке А волна делится на две: отраженная волна распространяется в направлении АВ, преломленная — в направлении АС. На второй поверхности волна вновь делится на отраженную в направлении CD и преломленную в направлении CL. Аналогичный результат получаем в точках D, К и т. д.
Теория и опыт показывают, что при отражении от более плотной поверхности фаза волны меняется на противоположную (отражение с потерей полуволны) , при отражении от менее плотной среды и при