Свет. Световые волны

Оглавление:

Появление корпускулярной и волновой теории света

Измерение скорости света

Явление интерференции света

Стоячие волны

Появление корпускулярной и волновой теории света

Закономерности некоторых оптических явлений были установлены еще в древности. Например уже в третьем веке до н. э. были известны законы прямолинейного распространения света, закон независимости световых пучков и законы зеркального отражения. Вопрос о природе света тоже давно интересовал человека. Некоторые предложения о том, что собой представляет свет высказывали еще древнегреческие ученые. Однако никаких заслуживающих нашего внимания представлений о природе света в те времена не возникло

В конце семнадцатого века Снеллиусом и Декартом были установлены законы преломления света, которые в последствии сыграли большую роль в развитии взглядов на природу света

Первые теории света – корпускулярная и волновая – появились почти одновременно в середине семнадцатого века. Создателем корпускулярной теории света был Ньютон, считавший свет потоком различного вида частиц (корпускул), испускаемых светящимся телом и движущихся в пространстве прямолинейно. Согласно Ньютону, каждый вид корпускул, попавший в глаз человека, вызывает у него ощущение определенного цвета. На основе корпускулярной теории легко объясняются законы прямолинейного распространения света и законы отражения

Во времена Ньютона скорость света в различных средах еще не была определена. Поэтому выводы, вытекающие из корпускулярной теории света Ньютона, не могли быть экспериментально проверены

Гипотеза о волновой природе света была впервые высказана Гуком, а ее разработка была сделана Гюйгенсом. Гюйгенс считал, что свет представляет собой упругие волны, распространяющиеся в особой среде – эфире, который заполняет все пространство и проникает внутрь любых тел. Исходя из волновых представлений о свете, Гюйгенс теоретически обосновал законы зеркального отражения и законы преломления света, а так же явление двойного лучепреломления

Измерение скорости света

 Для измерения скорости света используют два способа: лабораторный и астрономический

Лабораторным методом скорость света была измерена в 1849 г французским физиком Физо. Его исследования показали, что скорость света равна 313 000 км/с, а в 1850 году Фуко экспериментальным путем определил скорость света в воде и доказал, что она в 1,33 раза меньше, чем в воздухе. Тем самым был подтвержден вывод, вытекающий из волновой теории света. Это способствовало утверждению волновых представлений о свете

В 1676 г датский ученый Ремер впервые измерил скорость света астрономическим методом. В своих измерениях он измерял время, которое один из спутников Юпитера находился в тени этой планеты. Ремер провел этот опыт несколько раз. В каждом опыте расстояние между Юпитером и Землей было разным. В одном из опытов промежуток между вспышками составил 48 часов 28 минут, а в другом спутник опоздал на 22 минуты, т. е. свету необходимо это время, чтобы преодолеть расстояние от одного места наблюдения до другого. Зная расстояние и время запаздывания спутника Ремер вычислил скорость света, которая составила около 300 000 км/с

Явление интерференции света

Интерференция света имеет место при наложении двух или нескольких когерентных световых волн ( волны и их источники являются когерентными, если они имеют одинаковую частоту). При этом в точках пространства происходит перераспределение энергии световых волн так, что в пространстве устанавливается независящая от времени картина перераспределения энергии волн или интерференция световых волн. При этом в каких-то точках пространства реализуется максимум энергии, а в каких-то минимум

Чтобы наблюдать интерференцию в любой точка пространства необходимо, чтобы у двух или нескольких световых волн были одинаковые длины волн и постоянная разность фаз в любой точке пространства

В повседневной жизни интерференцию можно наблюдать на тонкой пленке бензина, масла, нефти, на мыльном пузыре

Стоячие волны

Стоячие волны это частный случай интерференции волн

Стоячие волны образуются при наложении двух бегущих волн, имеющих одинаковые амплитуды и частоты и распространяются в пространстве в противоположных направлениях

Возникновение стоячих волн это резонансное явление. Стоячие волны возбуждаются во всех телах способных совершать колебания

Места интерференционной картины, где наблюдается минимум интерференции называются узлами, а где наблюдают максимум интерференции называют пучностью