Лекция 41

Лекция 41
Тема:
Распространения света. Развитие представлений о природе света.
Диапазон световых волн. Принцип Гюйгенса. Скорость света. Оптическая
плотность среды. Основные понятия геометрической оптики.
Светом или оптическим излучением называются электромагнитные волны
инфракрасного (ИК) диапазона, видимый свет, ультрафиолетовое (УФ) излучение.
Видимым светом называется электромагнитное излучение с длинами волн от 770 до 380
нм, которое способно вызывать зрительные ощущения в человеческом глазе. Цветовое
восприятие зависит от длины волны излучения (рис. 1).
В 17 веке начали развиваться две теории о природе света. Одна из них
корпускулярная принадлежит Ньютону, который считал свет потоком частиц (корпускул).
Вторая принадлежит Гюйгенсу, современнику Ньютона, считавшему свет волной.
(принцип Гюйгенс смотри в лекции 37. В 19 веке были открыты явления дифракции и
интерференции света, которые нельзя было объяснить корпускулярной теорией. Теория
Максвелла, так же показывает, что свет это электромагнитная волна. Волновая теория
стала главенствующей. Длилось это недолго. В 20 веке была создана квантовая теория
света, так как выяснилось, что при излучении и поглощении свет ведет себя, как поток
частиц. Таким образом, свет обладает двойственной природой, так называемый
корпускулярно – волновой дуализм.
Определение скорости света.
Первый ученый, определивший скорость света был датский астроном Ремер в 1676
г. Принцип измерения показан на рис. 2. Он наблюдал затмение спутника Юпитера Ио.
Был известен период обращения спутника. Отмечалось изменение времени затмения при
различном положении Земли на орбите. Зная радиус орбиты и Земли и время
запаздывания выхода спутника из тени Юпитера, которое можно объяснить удалением
Земли на противоположную сторону орбиты, легко вычислить скорость света. Ремер
получил значение 215000 км/с.
В 1728 г. Астроном Брэдли изучая аберрацию звезд получил скорость 303000 км/с.
На Земле скорость света впервые была измерена французским физиком Физо в
1849 г. Для этой цели он использовал вращающийся зубчатый диск (рис. 3).
Свет, отражаясь от
полупрозрачного зеркала, падал на
диск. Всякий раз, когда против
светового пучка оказывалась
прорезь, возникал световой
импульс, который доходил до
зеркала, отражался и попадал на
диск. Если в этот момент на пути
светового импульса оказывалась прорезь, свет попадал в глаз наблюдателя. Пусть
расстояние между колесом и зеркалом l, а угол между соседними прорезями α. Время,
затрачиваемая светом на движение к зеркалу и обратно t=2l/c. За это время диск
повернется на угол α=ωt. Отсюда с=2lω/α. Скорость света у Физо равнялась 313000 км/с. В
1862 году Фуко применил вместо вращающего зубчатого барабана вращающееся зеркало
(рис. 4). Принцип измерения остался прежним. Полученный результат 298000 км/с.
Наиболее точный результат был получен Майкельсоном в 1932 г. (метод вращающейся
призмы) – 299 792 458 м/с.
Скорость света существенно зависит от
среды, в которой он распространяется
v=c/n , где n- показатель преломления,
определяющий оптическую плотность
среды. По Максвеллу
.
Оптика – раздел физики, который
изучает распространение и свойства
света. Если не рассматривать волновые
явления, то свет, можно представить как
совокупность лучей, то есть линий
указывающих направление
распространения световой энергии.
Такой раздел оптики называется
геометрической оптикой. Световой
пучок – канал, в котором
распространяется свет. Существует 4 закона геометрической оптики:
1.
2.
3.
4.
Закон прямолинейного распространения света.
Закон независимости световых лучей.
Закон отражения света.
Закон преломления света.
Закон прямолинейного распространения света: В однородной среде, свет
распространяется прямолинейно.
Закон независимости световых лучей. При пересечении световые лучи не
возмущают друг друга.
Остальные законы будут сформулированы в следующих двух лекциях.
Принцип Ферма.
Свет всегда распространяется по такому пути, на прохождение которого ему
требуется минимальное время.