În această secțiune vom studia legile radiațiilor, absorbția și distribuția luminii. Lumina are o natură duală: ea se manifestă ca un flux de particule - fotoni (lumina cuante), și altele asemenea. radiațiile electromagnetice (unde electromagnetice). Această proprietate este numit corpusculare - val dualismul de lumină. In unele fenomene au proprietăți mai pronunțate de undă ale luminii (interferență, difracție, polarizare), în altele - corpuscular (efect fotoelectric, radiație termică, efectul Compton). O serie de fenomene optice nu a reușit până acum să explice cu valul și (cuantice) pozițiile corpusculare.
Legile reflecției și refracției luminii
Deoarece este cunoscut faptul că în termen mediu-op-lumină omogenă vedere genetic ras-spațiul format nyaetsya rectiliniu cu viteză constantă v. valoare
Se numește indicele de refracție absolut al mediului.
În cazul în care c = 3 # 8729, 10 8 m / s - a vitezei luminii în vid.
Atunci când lumina este incidență pe interfața dintre două medii există o reflexie și refracție a fasciculului (figura 1). Unghiul de incidență al fasciculului de lumină egal cu unghiul de reflexie, r. F.
Această condiție se numește legea de reflecție.
Incidentul fasciculului, reflectată și refractată, și normala în punctul de incidență află într-un singur plan. și
unde n1 și n2 - absolute indicii de refracție ai primului și al doilea media; n21 - indice de refracție relativ al doilea raport mediu spre primul; # 946; - unghiul de refracție a fasciculului de lumină.
Ultima expresie este legea refracției luminii.
După cum se vede din (1.3) pentru incidente de lumină din mediu, mediu optic mai puțin dens la o densitate optică mai mare (n1
Unghiul de incidență corespunzătoare acestui caz se numește o limită (# 945; etc.). Atunci când lumina este incident de la un unghi mai mare decât raza refractată de limitare, în a doua zi de miercuri, la toate nu merge la fel de bine, reflectând din interfața înapoi în primul mediu. Acest fenomen este cunoscut sub numele de reflexie internă totală.
EXEMPLU. În placa de sticlă plan paralel cu un indice de refracție de 1,5 și o grosime d = 5 cm cade fasciculul laser la un unghi # 945; = 30º și este paralelă cu fasciculul original. Se determină distanța L dintre ieșit raze.
SOLUȚIE. grinzi muta în placa prezentată în Fig. 3. Folosind legea refracției luminii, vom găsi unghiul # 946; :
Rezultă că unghiul # 946; = 19º30“.
Distanța L între grinzi pot fi găsite # 8710; BED:
l = BD # 8729; cos # 945;.
Segmentul BD este definit prin luarea în considerare # 8710; BSD:
BD = 2VK = 2d tg # 946;.
l = 2d # 8729; tg # 946; # 8729; cos # 945; = 2d # 8729; tg 19º30 ' # 8729; cos 30o = 2 # 8729; 5 # 8729 0, 3541 # 8729; 0.8665 = 0.3063 (cm).
Refractia luminii în obiectiv
Lentile sunt obiecte de materiale transparente, limitate pe ambele părți ale suprafețelor sferice, de obicei refractare. Lentilele sunt biconvexă, biconcave, plano, plano, etc. În această suprafață plană poate fi considerată ca o rază de curbură mare infinit sferice.
Lentila de focalizare este un punct în care, după lentila de refracție se intersecteze razele incidente pe lentila paralelă cu axa optică. Distanta de la focalizare F la centrul lentilei se numește lungimea focală a obiectivului.
Pentru o lentilă subțire, plasată într-un mediu omogen, relația
în cazul în care a și b - distanțele de la lentila la obiect și de obiectivul imaginii; R1 și R2 - raza de curbură a suprafețelor de delimitare; F - lungimea focală a obiectivului; D = 1 / F - puterea optică a lentilei (în sistemul SI este măsurată în dioptrii, D). Toate distanța măsurată de-a lungul căii fasciculului, luată cu un „+“ împotriva fasciculului cale - cu semnul „-“.
mărire Lens k este raportul dintre dimensiunea imaginii de opoziție dimensiune.
EXEMPLU. La o distanță a = 25 cm de lentila biconvexa L a puterii optice a 10 D = dioptrii livrat obiectului înălțime AB = 3 cm. Găsiți poziția și înălțimea A1 imaginea obiectului B1. și mărire a cristalinului k.
SOLUȚIE. Se determină lungimea focală a obiectivului
F = 1 / D = 1/10 = 0,1 (m).
Construi imaginea obiectului AB. În acest scop, de la fiecare dintre punctele A și B trebuie să dețină cel puțin două grinzi. Desenați grinzi AB1 și BA1 prin centrul lentilei; în cazul în care nu-și schimbă direcția lor. Două grinzi provenind de la punctele A și B paralelă cu axa optică, trece prin lentila se concentreze F. Ca urmare a construcției vedea că imaginea rezultată este validă, reflux și redus.
În conformitate cu formula (1.4) pentru a găsi distanța de la obiectivul imaginii:
Din similitudinea și A1 OB1 Chestiuni diverse triunghiuri rezultă că
Lentilele de zoom k = A1 B1 / AB = 1,82 / 3 = 0,66.
Când două valuri coerente Intensitatea I1 și I2 intensității undei rezultată I este
unde # 948; - defazaj predominante valuri.
La punctele de spațiu în cazul în care cos # 948; > 0, intensitatea rezultată mai mare decât suma intensităților undelor originale, adică. I> I1 + I2. Și în cazul în care cos # 948; <0, dimpotrivă - intensitatea rezultată mai mică decât suma intensităților undelor originale - I Prin urmare, există o redistribuire a fluxului luminos de energie: în unele locuri unde se potențează reciproc, nu se observă vârfuri în intensitate a luminii, în timp ce alte valuri slăbi reciproc și există minimele de loc intensitate a luminii. Acest fenomen se numește interferență a luminii. PutL undă de lumină optic - este produsul luminii lungimea traseului geometric s la indicele de refracție mediu n: Diferența cale optică a două valuri de lumină este cantitatea Diferența cale optică de călătorie valuri # 916; Ea legate de diferența lor de fază # 948; raport aici # 955; 0 - lungime de undă în vid. În cazul în care diferența de cale optică de deplasare unde este egal cu un număr par de jumătăți de valuri, de exemplu, atunci când acestea se suprapun există interferență maximă. În cazul în care diferența de cale optică de deplasare unde este egală cu un număr impar de lungimi de undă și jumătate atunci când adăugarea are loc un minim de interferență. Distanța dintre maximele adiacente (sau minima) este o lățime de franjuri interferență # 916; s. Observând modelul de interferență a două surse de lumină coerente (experiență Young, oglinzi Fresnel, Fresnel biprism etc.), lățimea Fringe interferență calculată cu formula unde l - distanța de la sursa de lumină la ecranul de observare; d - distanța dintre sursele de lumină; # 955; - lungime de undă. Diferența cale optică a undelor de lumina de reflecție dintr-un film subțire # 916; = 2d√ n 2 - păcatul 2 # 945; ± # 955/2 = 2d n cos # 946; ± # 955/2. (1.12) În cazul în care d - grosimea filmului; # 945; și # 946; - unghiurile de incidență și refracție. diferența de cale suplimentară ± # 955; / 2 se produce din cauza pierderii de jumătate de undă de lumină reflexie din mediul optic mai dens. Razele inelelor Newton ale luminii în lumina reflectată (sau în întuneric transmise) Razele inele întunecate Newton în lumina reflectată (sau lumină transmisă în) unde R - raza lentilei; m - numărul de inele; n - indicele de refracție mediu între lentilă și placa de sticlă. EXEMPLU. Pe un plan de film care are un indice de refracție de 1,25, care este în aer, în mod normal un incident fascicul paralel de lumină monocromatică de lungime de undă # 955;. Așa cum va apărea, acest film în lumina reflectată, în cazul în care grosimea d = 10 # 955; ? SOLUȚIE. Luați în considerare un fascicul de lumină 1, care face parte din fasciculul de lumină incidente. Este cunoscut faptul că, la incidență normală a fasciculului refractată nu schimbă direcția. La punctul A fascicul 1 de lumină este reflectată parțial de către prima față a filmului în direcția inversă (fascicul 1 # 900;), se extinde parțial în direcția inițială până la un punct B și este reflectată de-a doua față a filmului (1 # 900; # 900;). Pentru comoditate, razele 1 # 900; 1 și # 900; # 900; Acesta este prezentat separat, de fapt, ei merg într-o direcție. Raze 1 # 900; 1 și # 900; # 900; sunt coerente, deoarece obținut prin împărțirea unei grinzi în două. și poate interfera cu suprapunerea. Din moment ce are loc pierderea jumătate de undă, atunci când lumina este reflectată de la limita superioară a filmului, diferența de fascicule optice de călătorie, în acest caz, este definit ca Deoarece grosimea filmului și unghiul de incidență al razelor nu se schimbă, diferența cale a grinzilor de interferență este aceeași pe tot parcursul filmului. Prin urmare, filmul este uniform colorat: sub condiția minimelor de interferență (1.10), va fi întuneric, iar când maximele condiția (1.9), acesta va fi vopsit în culoarea radiației monocromatice incidente. În termeni generali, putem scrie ținând cont de faptul că chiar e un film de reflecție este lumină, și într-un ciudat - întunecat. Să ne găsim valoarea ecuației (1.16): și anume Am primit un număr impar, ceea ce implică faptul că filmul reflecta lumina este întuneric. EXEMPLU. Fenomenul de interferență a luminii este utilizat pentru a determina indicele de refracție al materialelor transparente, cu ajutorul unui instrument numit refractometrele de interferență. Figura 6 prezintă o diagramă schematică a unei astfel de refractometru. Aici, S - o fantă îngustă, prin care se extinde lungimea undei de lumină # 955; = 589 nm; 1 și 2 - lungimea cuvetă l = 10 cm fiecare umplut cu aer a cărui indice n = 1,000277; refracție L1 și L2 - lentile; E - ecran pentru observarea tipului de interferență. La înlocuirea unuia dintre aerul cuvete la model de interferență de amoniac pe ecran mutat la N = 17 benzile relativ la modelul inițial. Pentru a determina indicele de refracție al amoniacului. SOLUȚIE. Să considerăm un punct A în centrul ecranului E. Este evident că diferența cale optică # 916; 1 pentru umplerea ambele cuvete aer este zero. De la condițiile de Highs # 916; 1 = m1 # 955; = 0 implică faptul că m1 și ordinea maximă la punctul A este de asemenea zero. La umplerea unui șanț de amoniac diferență cale optică # 916; 2 la acest punct este unde m2 - o nouă procedură de maxim, care este egală cu condiția sarcină m2 = m1 + N. Datorită acestui model de interferență, și în toate punctele ecranului mutat în benzi N. Rezultă Notă măsurarea mare precizie a indicelui de refracție în acest mod. Difracția luminii - este de îndoire de dimensiuni comparabile cu obstacole valuri lungimea de undă, prin care unda a deviat de la propagarea sa rectiliniu. Acest fenomen are loc pentru valuri de orice natură - mecanică, electromagnetică, etc ... Razele zonelor Fresnel pentru undele sferice pentru undele plane unde a și b - distanța de la sursa de undă la obstacol și de obstacol în punctul de observație, respectiv; m - numărul zonei; # 955; - lungime de undă. Când difracției undelor luminoase pe un plan dreptunghiular infinit lung fantă lățime maxim de difracție ausloviearticole similare