ДИСПЕРСИЯ СВЕТА Гимназия 26 Гимназия 26 Выполнил: Выполнил: ученик 11 В класса ученик 11 В класса Шелепов Дмитрий Шелепов Дмитрий Руководитель: Пылкова Л.В. Руководитель: Пылкова Л.В. Томск-2011 Томск-2011

В 17 веке начинает развиваться представление о волновой природе света. Первое открытие, свидетельствующее о волновой природе света, было сделано итальянским учёным Франческо Гримальди. Он заметил, что если на пути очень узкого пучка света поставить предмет, то на экране не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить правильно не сумел. Он понимал, что наблюдаемое им явление находится в противоречии с корпускулярной теорией света, однако не решился полностью отказаться от этой теории. В 17 веке начинает развиваться представление о волновой природе света. Первое открытие, свидетельствующее о волновой природе света, было сделано итальянским учёным Франческо Гримальди. Он заметил, что если на пути очень узкого пучка света поставить предмет, то на экране не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить правильно не сумел. Он понимал, что наблюдаемое им явление находится в противоречии с корпускулярной теорией света, однако не решился полностью отказаться от этой теории.

Правильное объяснение открытого явления связано с теорией цветного зрения, основы которой были заложены замечательным английским учёным Исааком Ньютоном. Правильное объяснение открытого явления связано с теорией цветного зрения, основы которой были заложены замечательным английским учёным Исааком Ньютоном.

Дисперсия света (разложение света) это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света (частотная дисперсия), а также, от координаты (пространственная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее. Дисперсия света (разложение света) это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света (частотная дисперсия), а также, от координаты (пространственная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Один из самых наглядных примеров дисперсии разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней: у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления, у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

По аналогии с дисперсией света, так же дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии, применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число, применяется не только к электромагнитной волне, но к любому волновому процессу. По аналогии с дисперсией света, так же дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии, применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число, применяется не только к электромагнитной волне, но к любому волновому процессу.

Дисперсия является причиной хроматической аберрации одного из тщательно устраняемых недостатков (аберраций) оптических систем, в том числе фотографических и видео- объективов. Дисперсия является причиной хроматической аберрации одного из тщательно устраняемых недостатков (аберраций) оптических систем, в том числе фотографических и видео- объективов.

Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета света: Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета света: Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, один из ключевых образов культуры и искусства. Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, один из ключевых образов культуры и искусства. Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других драгоценных камней. Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других драгоценных камней.

ИТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

Все, конечно, неоднократно любовались красивыми переливами цветов на поверхности весенних луж. Многие, вероятно, замечали, что такие же цветные полосы обнаруживаются на реке вблизи судов, когда на воде появляются пятна нефти или масла. Во всех этих явлениях обращает на себя внимание прихотливое расположение цветных полос и особенно их переливы.. Все, конечно, неоднократно любовались красивыми переливами цветов на поверхности весенних луж. Многие, вероятно, замечали, что такие же цветные полосы обнаруживаются на реке вблизи судов, когда на воде появляются пятна нефти или масла. Во всех этих явлениях обращает на себя внимание прихотливое расположение цветных полос и особенно их переливы..

Разнообразие цветов в описанных картинах явно связано с тем обстоятельством, что мы производим наблюдение в белом свете. Поставим на пути света какое-нибудь цветное стекло, и мы убедимся, что вместо цветных полос будут наблюдаться полосы одного цвета, большей или меньшей яркости, разделенные темными промежутками. Форма и расположение полос при этом не изменяются. Разнообразие цветов в описанных картинах явно связано с тем обстоятельством, что мы производим наблюдение в белом свете. Поставим на пути света какое-нибудь цветное стекло, и мы убедимся, что вместо цветных полос будут наблюдаться полосы одного цвета, большей или меньшей яркости, разделенные темными промежутками. Форма и расположение полос при этом не изменяются.

Так, например, если мы применим зеленое стекло, то полосы, имевшие при освещении белым светом зеленый тон, останутся практически неизменными, а красные полосы сделаются черными. В поставленных опытах мы имеем дело с явлением – интерференции волн. Посмотрев на радужные мыльные пузыри или бензиновые пятна на воде, можно «увидеть»неоднородности их толщины, измеряемые сотыми долями микрометра! Так, например, если мы применим зеленое стекло, то полосы, имевшие при освещении белым светом зеленый тон, останутся практически неизменными, а красные полосы сделаются черными. В поставленных опытах мы имеем дело с явлением – интерференции волн. Посмотрев на радужные мыльные пузыри или бензиновые пятна на воде, можно «увидеть»неоднородности их толщины, измеряемые сотыми долями микрометра!

С появлением лазеров стало просто получать свет, содержащий лучи одного цвета. В таком свете удается наблюдать интерференцию волн с большой разностью хода(сантиметры и даже метры).

Поэтому сейчас применяются приборы, в которых используется явление интерференции, - интерферометры. С их помощью, в частности, определяют перемещение тел или форму поверхности с точностью до долей длины волны света, т.е. до десятых долей микрометра. Поэтому сейчас применяются приборы, в которых используется явление интерференции, - интерферометры. С их помощью, в частности, определяют перемещение тел или форму поверхности с точностью до долей длины волны света, т.е. до десятых долей микрометра.

ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА Этим высокоточным прибором можно измерять перемещение тел, толщину пластин, показатель преломление вещества, длины световых волн. А появился прибор как побочный результат эксперимента, в котором Альберт Майкельсон определял скорость света. В интерферометре свет от источника попадает на стеклянную пластину с тонким отражающим покрытием на одной стороне. Покрытие отражает не весь падающий свет, а примерно половину;таким образом, пластина делит пучок света на две. Этим высокоточным прибором можно измерять перемещение тел, толщину пластин, показатель преломление вещества, длины световых волн. А появился прибор как побочный результат эксперимента, в котором Альберт Майкельсон определял скорость света. В интерферометре свет от источника попадает на стеклянную пластину с тонким отражающим покрытием на одной стороне. Покрытие отражает не весь падающий свет, а примерно половину;таким образом, пластина делит пучок света на две.

Каждый из пучков идет по своему пути, падает на собственное зеркало, отражается от него и возвращается к делительной пластине. Она вновь делит каждый луч на две позволяя наблюдать возникающую при их сложении картинку. Каждый из пучков идет по своему пути, падает на собственное зеркало, отражается от него и возвращается к делительной пластине. Она вновь делит каждый луч на две позволяя наблюдать возникающую при их сложении картинку.

Если зеркала строго перпендикулярны, а падающий от источника пучок света параллелен, все лучи в равной степени усиливают или ослабляют друг друга. Но если какое-либо зеркало чуть наклонить, то отраженные в разных его точках лучи пробегут неодинаковые пути, и в результате их интерференции с лучами другого пучка возникнут параллельные полосы. Если зеркала строго перпендикулярны, а падающий от источника пучок света параллелен, все лучи в равной степени усиливают или ослабляют друг друга. Но если какое-либо зеркало чуть наклонить, то отраженные в разных его точках лучи пробегут неодинаковые пути, и в результате их интерференции с лучами другого пучка возникнут параллельные полосы.

Слегка передвинем одно из зеркал вдоль светового пучка. Интерференционная картина тотчас же переместится в направлении, перпендикулярном полосам. Стоит сдвинуть зеркало всего на четверть длины волны(0,1мкм), как светлые полосы займут место темных (и наоборот). Слегка передвинем одно из зеркал вдоль светового пучка. Интерференционная картина тотчас же переместится в направлении, перпендикулярном полосам. Стоит сдвинуть зеркало всего на четверть длины волны(0,1мкм), как светлые полосы займут место темных (и наоборот).

Дифракция

Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. английским ученым Т. Юнгом. Независимо от него французский Независимо от него французский ученый О. Френель развил ученый О. Френель развил количественную теорию количественную теорию дифракционных явлений. дифракционных явлений.

Дифракция волн, явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием. Дифракция волн, явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием.

При дифракции света происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие при освещении непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам При дифракции света происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие при освещении непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, геометрической оптики, должен был бы происходить должен был бы происходить скачкообразный переход скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных ряд светлых и тёмных дифракционных полос. дифракционных полос. Тень винта, окружённая дифракционными полосами.

Дифракция волн проявляет себя особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней. Дифракция волн проявляет себя особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней. Теория дифракции световых волн применима к волнам любой физической природы.

Совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.(Примером грубой дифракционной решетки могут служить наши ресницы). Решетка разлагает свет в спектр и позволяет очень точно измерять длины световых волн.

Дифракция света играет существенную роль при рассеянии света в мутных средах, например на пылинках, капельках тумана. На дифракции света основано действие спектральных приборов с дифракционной решёткой Дифракция света играет существенную роль при рассеянии света в мутных средах, например на пылинках, капельках тумана. На дифракции света основано действие спектральных приборов с дифракционной решёткой (дифракционных спектрометров). (дифракционных спектрометров). Дифракция света определяет Дифракция света определяет предел разрешающей способности предел разрешающей способности оптических приборов (телескопов, оптических приборов (телескопов, микроскопов и др.). микроскопов и др.).

Благодаря Дифракция света изображение точечного источника (например, звезды в телескопе) имеет вид кружка с диаметром. Расходимость излучения лазеров также определяется дифракцией света. Благодаря Дифракция света изображение точечного источника (например, звезды в телескопе) имеет вид кружка с диаметром. Расходимость излучения лазеров также определяется дифракцией света. Дифракция волн сыграет большую Дифракция волн сыграет большую роль в изучении природы роль в изучении природы микрочастиц. Дифракция радиоволн микрочастиц. Дифракция радиоволн на сферической поверхности на сферической поверхности Земли является одной из Земли является одной из причин приёма радиосигналов причин приёма радиосигналов за пределами прямой видимости, за пределами прямой видимости, когда передатчик и приёмник когда передатчик и приёмник разделены выпуклостью земного шара. разделены выпуклостью земного шара.