Волновая теория гюйгенса основные свойства цветов
Обновлено: 18.09.2024
Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболического зеркала, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).
Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую. Для случая преломления света на границе вакуум–среда корпускулярная теория приводила к следующему виду закона преломления:
где – скорость света в вакууме, – скорость распространения света в среде. Так как , из корпускулярной теории следовало, что скорость света в средах должна быть больше скорости света в вакууме. Ньютон пытался также объяснить появление интерференционных полос, допуская определенную периодичность световых процессов . Таким образом, корпускулярная теория Ньютона содержала в себе элементы волновых представлений.
Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса , согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн (плоскость на рис. 3.6.1) дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Под волновым фронтом Гюйгенс понимал геометрическое место точек, до которых одновременно доходит волновое возмущение. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления. Рис. 3.6.1 дает представление о построениях Гюйгенса для определения направления распространения волны, преломленной на границе двух прозрачных сред.
Для случая преломления света на границе вакуум–среда волновая теория приводит к следующему выводу:
Закон преломления, полученный из волновой теории, оказался в противоречии с формулой Ньютона. Волновая теория приводит к выводу: , тогда как согласно корпускулярной теории .
Таким образом, к началу XVIII века существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Обе теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Весь XVIII век стал веком борьбы этих теорий. Однако в начале XIX столетия ситуация коренным образом изменилась. Корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория. Большая заслуга в этом принадлежит английскому физику Т. Юнгу и французскому физику О. Френелю, исследовавшим явления интерференции и дифракции. Исчерпывающее объяснение этих явлений могло быть дано только на основе волновой теории. Важное экспериментальное подтверждение справедливости волновой теории было получено в 1851 году, когда Ж. Фуко (и независимо от него А. Физо) измерил скорость распространения света в воде и получил значение .
Хотя к середине XIX века волновая теория была общепризнана, вопрос о природе световых волн оставался открытым.
В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны. Важным подтверждением такой точки зрения послужило совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной Электромагнитная природа света получила признание после опытов Г. Герца по исследованию электромагнитных волн (1887–1888 гг.). В начале XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт.
Важнейшую роль в выяснении природы света сыграло опытное определение его скорости. Начиная с конца XVII века предпринимались неоднократные попытки измерения скорости света различными методами (астрономический метод А. Физо, метод А. Майкельсона). Современная лазерная техника позволяет измерять скорость света с очень высокой точностью на основе независимых измерений длины волны λ и частоты света ν (). Таким путем было найдено значение
превосходящее по точности все ранее полученные значения более чем на два порядка.
Свет играет чрезвычайно важную роль в нашей жизни. Подавляющее количество информации об окружающем мире человек получает с помощью света. Однако, в оптике как разделе физики под светом понимают не только видимый свет , но и примыкающие к нему широкие диапазоны спектра электромагнитного излучения – инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ). По своим физическим свойством свет принципиально неотличим от электромагнитного излучения других диапазонов – различные участки спектра отличаются друг от друга только длиной волны λ и частотой ν. Рис. 3.6.2. дает представление о шкале электромагнитных волн.
Для измерения длин волн в оптическом диапазоне используются единицы длины 1 нанометр (нм) и 1 микрометр (мкм):
Видимый свет занимает диапазон приблизительно от до или от до .
Электромагнитная теория света позволила объяснить многие оптические явления, такие как интерференция, дифракция, поляризация и т. д. Однако, эта теория не завершила понимание природы света. Уже в начале XX века выяснилось, что эта теория недостаточна для истолкования явлений атомного масштаба , возникающих при взаимодействии света с веществом. Для объяснения таких явлений, как излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений . Наука вновь вернулась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускулярные, означает, что он имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.
волновая теория света Гюйгенс определял свет как волну, подобную звуку или механическим волнам, возникающим в воде. С другой стороны, Ньютон утверждал, что свет был сформирован материальными частицами, к которым он назвал корпускулы.
Свет всегда вызывал интерес и любопытство человека. Таким образом, с самого начала одной из фундаментальных проблем физики было раскрытие тайн света..
По этим причинам на протяжении всей истории науки существовали разные теории, призванные объяснить их истинную природу..
Принципы волновой теории света Гюйгенса
Голландский физик предположил, что свет излучается во всех направлениях как набор волн, движущихся через среду, которую он назвал эфиром. Поскольку гравитация не влияет на волны, предполагалось, что скорость волн уменьшалась, когда они входили в более плотную среду.
Его модель оказалась особенно полезной при объяснении закона отражения и преломления Снелла-Декарта. Он также удовлетворительно объяснил явление дифракции.
Его теория основывалась в основном на двух понятиях:
а) Источники света излучают волны сферической формы, похожие на волны, возникающие на поверхности воды. Таким образом, световые лучи определяются линиями, направление которых перпендикулярно поверхности волны..
б) Каждая точка волны, в свою очередь, является новым центром излучателя вторичных волн, которые излучаются с той же частотой и скоростью, что и первичные волны. Бесконечность вторичных волн не воспринимается, так что волна, возникающая от этих вторичных волн, является ее оболочкой.
Однако волновая теория Гюйгенса не была принята учеными его времени, за исключением нескольких исключений, таких как Роберт Гук..
Огромный престиж Ньютона и огромный успех, который достиг его механики, а также проблемы, связанные с пониманием концепции эфира, сделали большинство современных ученых тем, кто предпочел корпускулярную теорию английского физика..
отражение
Отражение - это оптическое явление, которое имеет место, когда волна падает косо на поверхность разделения между двумя средами и претерпевает изменение направления, возвращаясь в первую среду вместе с частью энергии движения..
Законы отражения следующие:
Первый закон
Отраженный луч, падающий и нормальный (или перпендикулярный), расположены в одной плоскости.
Второй закон
Значение угла падения точно такое же, как у угла отражения.
Принцип Гюйгенса позволяет продемонстрировать законы отражения. Проверено, что когда волна достигает разделения сред, каждая точка становится новым источником излучения, излучающим вторичные волны. Фронт отраженной волны является оболочкой вторичных волн. Угол этого отраженного фронта вторичной волны в точности совпадает с углом падения.
преломление
Однако рефракция - это явление, которое возникает, когда волна падает косо в промежутке между двумя средами, которые имеют различный показатель преломления..
Когда это происходит, волна проникает и передается второй средой вместе с частью энергии движения. Преломление происходит как следствие различной скорости распространения волн в разных средах..
Типичный пример явления преломления можно наблюдать, когда объект частично вставлен (например, ручка или ручка) в стакан с водой..
Принцип Гюйгенса дал убедительное объяснение рефракции. Точки на волновом фронте, расположенные на границе между двумя средами, действуют как новые источники распространения света, и, следовательно, направление распространения изменяется..
дифракция
Дифракция - это физическое явление, характерное для волн (оно встречается во всех типах волн), которое состоит из отклонения волн, когда они находят препятствие на своем пути или проходят через щель.
Следует иметь в виду, что дифракция возникает только тогда, когда волна искажается из-за препятствия, размеры которого сопоставимы с его длиной волны..
Теория Гюйгенса объясняет, что когда свет падает на щель, все точки его плоскости становятся вторичными источниками излучающих волн, как это уже объяснялось ранее, новых волн, которые в этом случае получают название дифрагированных волн..
Оставшиеся без ответа вопросы теории Гюйгенса
Принцип Гюйгенса оставил ряд вопросов без ответа. Его утверждение о том, что каждая точка волнового фронта, в свою очередь, является источником новой волны, не объясняет, почему свет распространяется как назад, так и вперед..
Точно так же объяснение концепции эфира не было полностью удовлетворительным и было одной из причин, почему его теория изначально не была принята..
Восстановление волновой модели
Только в 19 веке, когда волновая модель была восстановлена. Во многом благодаря вкладу Томаса Янга, который смог объяснить все явления света на том основании, что свет - это продольная волна.
В частности, в 1801 году он провел свой знаменитый эксперимент с двумя щелями. В этом эксперименте Юнг проверил схему интерференции света от удаленного источника света, когда он дифрагировал после прохождения через две щели.
Точно так же Юнг также объяснил через волновую модель рассеивание белого света в различных цветах радуги. Он показал, что в каждой среде каждый из цветов, составляющих свет, имеет характерную частоту и длину волны.
Таким образом, благодаря этому эксперименту он продемонстрировал волновую природу света.
Интересно, что со временем этот эксперимент оказался ключом к демонстрации корпускулярной волны света, фундаментальной особенности квантовой механики..
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Геометрическая оптика. Принцип Гюйгенса. Отражение волн. 11 класс
Что такое свет? это электромагнитные волны, действие которых на сетчатку глаза создает зрительные ощущения, это оптическое излучение, включающее видимый, ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны спектра.
780 нм эти явления присущи волновому движению
XX век Излучение Поглощение => Свет ведет себя как поток частиц
XX век Были обнаружены прерывистые (квантовые) свойства света => Двойственность теории света, т.е. корпускулярно –волновой дуализм
Геометрическая оптика Это раздел оптики, изучающий процессы распространения световой энергии, исходя из представлений о световых лучах
Световой луч Некоторое направление в пространстве, вдоль которого распространяется свет
Передовой фронт волны Совокупность наиболее удаленных от источника точек, до которых дошел процесс распространения волны
Фронт механической волны Совокупность точек, колеблющихся в одинаковой фазе
Принцип Гюйгенса Каждая точка фронта волны является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны со скоростью распространения волны в среде
Законы отражения Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости
Краткое описание документа:
Ввести понятие света с различных точек зрения. Рассмотреть первые представления о свете, две теории передачи воздействия. Показать все пути становления корпускулярно-волновой теории света.Проследить зарождение данного раздела физики, персоны, благодаря которым пришли к корпускулярно-волновому дуализму. Дать понятие принципу Христиана Гюйгенса, геометрической оптике, световому лучу, рассмотреть понятие передового фронта волны, фронта механической волны. Напомнить учащимся законы геометрической оптики, ввести понятие световой энергии.
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
- Курс добавлен 23.11.2021
- Сейчас обучается 48 человек из 28 регионов
Курс повышения квалификации
Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam
- Курс добавлен 31.01.2022
- Сейчас обучается 33 человека из 19 регионов
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Дистанционные курсы для педагогов
Самые массовые международные дистанционные
Школьные Инфоконкурсы 2022
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
5 567 336 материалов в базе
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
- 10.04.2014 1247
- PPTX 309.5 кбайт
- 2 скачивания
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Пучкова Светлана Александровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов
Дистанционные курсы
для педагогов
663 курса от 690 рублей
Выбрать курс со скидкой
Выдаём документы
установленного образца!
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Профессия педагога на третьем месте по популярности среди абитуриентов
Время чтения: 1 минута
В России могут объявить Десятилетие науки и технологий
Время чтения: 1 минута
В Воронеже продлили удаленное обучение для учеников 5-11-х классов
Время чтения: 1 минута
Онлайн-конференция о создании школьных служб примирения
Время чтения: 3 минуты
Рособрнадзор не планирует переносить досрочный период ЕГЭ
Время чтения: 0 минут
Тринадцатилетняя школьница из Индии разработала приложение против буллинга
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
В волновая теория света Это теория, которая пытается объяснить природу света и считает его электромагнитной волной. Он был сформулирован в 1678 году голландским физиком Кристианом Гюйгенсом, хотя в то время он не получил особого признания другими учеными.
На протяжении всей своей истории человечество всегда проявляло большой интерес к пониманию света, и в каждую эпоху ученые и мыслители разрабатывали различные теории. Однако волновая теория наиболее точно объясняет явления, типичные для света, такие как интерференция, которая состоит из наложения двух или более волн в одном месте в пространстве.
Интерференция - это явление, которое возникает только в волнах, а не в частицах (на макроскопическом уровне).
История
Научные открытия 19 века предоставили убедительные доказательства, подтверждающие волновую теорию. Одним из них был узор из светлых и темных полос, который английский физик Томас Янг обнаружил в своем знаменитом эксперименте с двойной щелью. Только волны способны на такое поведение (см. Рисунок 7).
Но до этого свет также рассматривался как поток частиц, исходящих от объектов: это корпускулярная теория света, предложенная Исааком Ньютоном (1642-1727), более или менее современником которого был Гюйгенс.
С помощью своей корпускулярной теории Ньютон также смог удовлетворительно объяснить повседневные явления, такие как преломление и отражение. А в начале 20 века появились новые открытия в пользу этой теории.
Тогда стоит спросить: а что же наконец свет? Ответ кроется в двойственном характере: при распространении свет проявляет волновое поведение, а при взаимодействии с веществом он действует как частица: фотон.
Объяснение
Отражение и преломление света - это поведение света при переходе из одной среды в другую. Благодаря отражению мы видим свое отражение на полированных металлических поверхностях и зеркалах.
Преломление наблюдается, когда кажется, что карандаш или стержень раскалываются надвое при частичном погружении в воду или когда мы просто видим их через стекло.
С другой стороны, свет распространяется по прямой линии, что также наблюдал и объяснял Кристиан Гюйгенс. Гюйгенс предложил следующее:
-Свет состоит из плоского волнового фронта, распространяющегося по прямой линии.
- И отражение, и преломление происходят, потому что каждый фронт волны эквивалентен лучу света.
- Для распространения света требуется материальная среда, называемая эфиром, так же, как для передачи звука необходим воздух.
Гюйгенс считал, что свет представляет собой продольную волну, подобную звуку, поведение которой было гораздо лучше известно в то время благодаря экспериментам Роберта Бойля (1627–1691). Так он оставил это воплощением в своей работе под названием Трактат о свете.
Многие ученые активно искали эфир, предложенный Гюйгенсом, но так и не нашли его.
А поскольку корпускулярная теория Ньютона также объясняла отражение и преломление, она преобладала до начала XIX века, когда Томас Янг провел свой знаменитый эксперимент.
Принцип Гюйгенса
Чтобы объяснить отражение и преломление света, Гюйгенс разработал геометрическую конструкцию, названную Принцип Гюйгенса:
Любая точка на волновом фронте, в свою очередь, является точечным источником, который также производит вторичные сферические волны.
Это сферические волны, поскольку мы предполагаем, что среда, в которой они распространяются, однородна, поэтому источник света испускает лучи, которые распространяются во всех направлениях одинаково. На волновых фронтах или поверхностях все точки находятся в одинаковом состоянии вибрации.
Но когда источник находится достаточно далеко, наблюдатель видит, что свет распространяется в направлении, перпендикулярном волновому фронту, который из-за расстояния воспринимается как плоскость, а также движется по прямой линии.
Так обстоит дело с лучами от относительно удаленного источника, такого как Солнце.
Свет как электромагнитная волна
Это предсказание на основе уравнений, сформулированных Джеймсом Клерком Максвеллом (1831–1879) в 19 веке. Когда электрические и магнитные поля зависят от времени, они связаны таким образом, что одно из них порождает другое.
Вместе поля распространяются как электромагнитная волна, способная распространяться даже в вакууме.
Электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. Свет - это не продольная волна, как полагал Гюйгенс, а поперечная волна.
Когда атомы и молекулы перестраивают составляющие их электроны, они излучают свет, вот что происходит на нашем Солнце. Оттуда свет перемещается в космическом вакууме с постоянной скоростью, достигает Земли и продолжает свой путь через материальные среды, такие как воздух и Вода.
Видимый свет занимает небольшую полосу частот в электромагнитном спектре, поскольку мы видим только те, к которым чувствителен глаз.
Примеры корпускулярной теории
Волновая природа света и его прямолинейное распространение показаны на:
- Явления волн всех видов, которые свет одинаково способен воспринимать, такие как поляризация, интерференция, дифракция, отражение и преломление.
- Переливающиеся цвета, образующиеся в тонких пленках мыла.
-Эксперимент Юнга, в котором волновой фронт попадает в две щели, вызывая новые волновые фронты, которые объединяются (интерферируют) на противоположном экране. Здесь образуется характерный узор из светлых полос, чередующихся с темными полосами.
-Образование теней, темных участков, которые появляются, когда объект проходит между светом и нашими глазами. Если бы свет не распространялся прямолинейно, можно было бы видеть сквозь непрозрачные объекты.
Приложения
Обладая волновыми качествами, свет имеет бесчисленное множество применений:
Тонкие пленки
Деструктивная интерференция света в тонких пленках, таких как вышеупомянутые мыльные пузыри, применяется для создания антибликовых покрытий для очков.
Лазер
Это интенсивный и когерентный источник света, который можно было создать после того, как стало понятно, что природа света состоит из волновых частиц.
Голография
Это метод, при котором интерференционная картина трехмерного объекта записывается на плоскую фотопластинку.
Затем, освещая пластину подходящим источником света (обычно лазером), восстанавливается трехмерное изображение объекта.
Поляриметрия
Это метод, который использует поляризацию света, явление, которое возникает, когда электромагнитное поле всегда колеблется в одном и том же направлении.
Поляриметрия применяется в промышленности, чтобы узнать области, в которых детали испытывают большие механические нагрузки. Таким образом оптимизируются дизайн и строительные материалы.
Интерферометрия
Интерферометрия - это метод, использующий явление световой интерференции. Он используется в астрономии путем объединения света от нескольких телескопов для формирования сети с более высоким разрешением.
Применяется как в радиочастоте (другая невидимая область электромагнитного спектра), так и в оптическом диапазоне. Еще одно применение интерферометрии - обнаружение трещин и дефектов в изготовленных деталях.
В волновая теория света Это теория, которая пытается объяснить природу света и считает его электромагнитной волной. Он был сформулирован в 1678 году голландским физиком Кристианом Гюйгенсом, хотя в то время он не получил особого признания другими учеными.
На протяжении всей своей истории человечество всегда проявляло большой интерес к пониманию света, и в каждую эпоху ученые и мыслители разрабатывали различные теории. Однако волновая теория наиболее точно объясняет явления, типичные для света, такие как интерференция, которая состоит из наложения двух или более волн в одном месте в пространстве.
Интерференция - это явление, которое возникает только в волнах, а не в частицах (на макроскопическом уровне).
История
Научные открытия 19 века предоставили убедительные доказательства, подтверждающие волновую теорию. Одним из них был узор из светлых и темных полос, который английский физик Томас Янг обнаружил в своем знаменитом эксперименте с двойной щелью. Только волны способны на такое поведение (см. Рисунок 7).
Но до этого свет также рассматривался как поток частиц, исходящих от объектов: это корпускулярная теория света, предложенная Исааком Ньютоном (1642-1727), более или менее современником которого был Гюйгенс.
С помощью своей корпускулярной теории Ньютон также смог удовлетворительно объяснить повседневные явления, такие как преломление и отражение. А в начале 20 века появились новые открытия в пользу этой теории.
Тогда стоит спросить: а что же наконец свет? Ответ кроется в двойственном характере: при распространении свет проявляет волновое поведение, а при взаимодействии с веществом он действует как частица: фотон.
Объяснение
Отражение и преломление света - это поведение света при переходе из одной среды в другую. Благодаря отражению мы видим свое отражение на полированных металлических поверхностях и зеркалах.
Преломление наблюдается, когда кажется, что карандаш или стержень раскалываются надвое при частичном погружении в воду или когда мы просто видим их через стекло.
С другой стороны, свет распространяется по прямой линии, что также наблюдал и объяснял Кристиан Гюйгенс. Гюйгенс предложил следующее:
-Свет состоит из плоского волнового фронта, распространяющегося по прямой линии.
- И отражение, и преломление происходят, потому что каждый фронт волны эквивалентен лучу света.
- Для распространения света требуется материальная среда, называемая эфиром, так же, как для передачи звука необходим воздух.
Гюйгенс считал, что свет представляет собой продольную волну, подобную звуку, поведение которой было гораздо лучше известно в то время благодаря экспериментам Роберта Бойля (1627–1691). Так он оставил это воплощением в своей работе под названием Трактат о свете.
Многие ученые активно искали эфир, предложенный Гюйгенсом, но так и не нашли его.
А поскольку корпускулярная теория Ньютона также объясняла отражение и преломление, она преобладала до начала XIX века, когда Томас Янг провел свой знаменитый эксперимент.
Принцип Гюйгенса
Чтобы объяснить отражение и преломление света, Гюйгенс разработал геометрическую конструкцию, названную Принцип Гюйгенса:
Любая точка на волновом фронте, в свою очередь, является точечным источником, который также производит вторичные сферические волны.
Это сферические волны, поскольку мы предполагаем, что среда, в которой они распространяются, однородна, поэтому источник света испускает лучи, которые распространяются во всех направлениях одинаково. На волновых фронтах или поверхностях все точки находятся в одинаковом состоянии вибрации.
Но когда источник находится достаточно далеко, наблюдатель видит, что свет распространяется в направлении, перпендикулярном волновому фронту, который из-за расстояния воспринимается как плоскость, а также движется по прямой линии.
Так обстоит дело с лучами от относительно удаленного источника, такого как Солнце.
Свет как электромагнитная волна
Это предсказание на основе уравнений, сформулированных Джеймсом Клерком Максвеллом (1831–1879) в 19 веке. Когда электрические и магнитные поля зависят от времени, они связаны таким образом, что одно из них порождает другое.
Вместе поля распространяются как электромагнитная волна, способная распространяться даже в вакууме.
Электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. Свет - это не продольная волна, как полагал Гюйгенс, а поперечная волна.
Когда атомы и молекулы перестраивают составляющие их электроны, они излучают свет, вот что происходит на нашем Солнце. Оттуда свет перемещается в космическом вакууме с постоянной скоростью, достигает Земли и продолжает свой путь через материальные среды, такие как воздух и Вода.
Видимый свет занимает небольшую полосу частот в электромагнитном спектре, поскольку мы видим только те, к которым чувствителен глаз.
Примеры корпускулярной теории
Волновая природа света и его прямолинейное распространение показаны на:
- Явления волн всех видов, которые свет одинаково способен воспринимать, такие как поляризация, интерференция, дифракция, отражение и преломление.
- Переливающиеся цвета, образующиеся в тонких пленках мыла.
-Эксперимент Юнга, в котором волновой фронт попадает в две щели, вызывая новые волновые фронты, которые объединяются (интерферируют) на противоположном экране. Здесь образуется характерный узор из светлых полос, чередующихся с темными полосами.
-Образование теней, темных участков, которые появляются, когда объект проходит между светом и нашими глазами. Если бы свет не распространялся прямолинейно, можно было бы видеть сквозь непрозрачные объекты.
Приложения
Обладая волновыми качествами, свет имеет бесчисленное множество применений:
Тонкие пленки
Деструктивная интерференция света в тонких пленках, таких как вышеупомянутые мыльные пузыри, применяется для создания антибликовых покрытий для очков.
Лазер
Это интенсивный и когерентный источник света, который можно было создать после того, как стало понятно, что природа света состоит из волновых частиц.
Голография
Это метод, при котором интерференционная картина трехмерного объекта записывается на плоскую фотопластинку.
Затем, освещая пластину подходящим источником света (обычно лазером), восстанавливается трехмерное изображение объекта.
Поляриметрия
Это метод, который использует поляризацию света, явление, которое возникает, когда электромагнитное поле всегда колеблется в одном и том же направлении.
Поляриметрия применяется в промышленности, чтобы узнать области, в которых детали испытывают большие механические нагрузки. Таким образом оптимизируются дизайн и строительные материалы.
Интерферометрия
Интерферометрия - это метод, использующий явление световой интерференции. Он используется в астрономии путем объединения света от нескольких телескопов для формирования сети с более высоким разрешением.
Применяется как в радиочастоте (другая невидимая область электромагнитного спектра), так и в оптическом диапазоне. Еще одно применение интерферометрии - обнаружение трещин и дефектов в изготовленных деталях.
Читайте также: