Αρχή Huygens. Νόμος της ανάκλασης του φωτός
Ο σκοπός του μαθήματος
Να εξοικειώσει τους μαθητές με τα χαρακτηριστικά της διάδοσης του φωτός στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, να τους δώσει πληροφορίες για τους νόμους που υπακούει αυτό το φαινόμενο, να δώσει μια εξήγηση αυτού του φαινομένου από τη σκοπιά της κυματικής θεωρίας του φωτός.
|
Εργασία για το σπίτι: § 60, εργασία αρ. 1023 (Ρ. Δρόφα, Μ., 2001)
Έλεγχος γνώσεων
Δοκιμή. Ανάπτυξη απόψεων για τη φύση του φωτός. ταχύτητα του φωτός
νέο υλικό
Αρχή Huygens
κυματική θεωρία, σε αντίθεση με το σωματιδιακό, θεωρεί το φως ως κύμα, όπως τα μηχανικά κύματα. Η κυματική θεωρία βασίστηκε στην αρχή Huygens, σύμφωνα με την οποία κάθε σημείο, στο οποίο φθάνει ένα κύμα, γίνεται το κέντρο εκπομπής δευτερευόντων κυμάτων και το περίβλημα αυτών των κυμάτων δίνει τη θέση του μετώπου κύματος την επόμενη χρονική στιγμή. . Με τη βοήθεια της αρχής του Huygens, εξηγήθηκαν οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης.
Επίδειξη. Επίδειξη εκπαίδευσης χρησιμοποιώντας λουτρό κυμάτων σφαιρικό κύμαόταν ένα επίπεδο κύμα διέρχεται από μια τρύπα.
Ο νόμος της αντανάκλασης.Χρησιμοποιώντας την αρχή του Huygens, μπορεί κανείς να εξαγάγει τον νόμο που υπακούουν τα κύματα όταν αντανακλώνται από τη διεπαφή μεταξύ των μέσων.
Εξετάστε την ανάκλαση ενός επίπεδου κύματος. Ένα κύμα λέγεται επίπεδο εάν οι επιφάνειες είναι ίσης φάσης ( επιφάνειες κυμάτων) είναι αεροπλάνα. Στο σχήμα: Το MN είναι μια ανακλώσα επιφάνεια, οι ευθείες γραμμές A 1 A και B 1 B είναι δύο δέσμες ενός προσπίπτοντος επίπεδου κύματος (είναι παράλληλες μεταξύ τους). Το επίπεδο AC είναι η επιφάνεια κύματος αυτού του κύματος.
Η γωνία α μεταξύ της προσπίπτουσας δέσμης και της κάθετης στην ανακλώσα επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης.
Η επιφάνεια κύματος του ανακλώμενου κύματος μπορεί να ληφθεί σχεδιάζοντας το περίβλημα των δευτερευόντων κυμάτων των οποίων τα κέντρα βρίσκονται στη διεπαφή μεταξύ των μέσων. Διαφορετικά τμήματα της επιφάνειας κύματος AC φτάνουν στο ανακλαστικό όριο όχι ταυτόχρονα. Η διέγερση των ταλαντώσεων στο σημείο Α θα ξεκινήσει νωρίτερα από ό,τι στο σημείο Β μέχρι τη στιγμή Δt = CB / v (v είναι η ταχύτητα του κύματος).
 |
Τη στιγμή που το κύμα φτάνει στο σημείο Β και αρχίζει η διέγερση των ταλαντώσεων σε αυτό το σημείο, το δευτερεύον κύμα με κέντρο στο σημείο Α θα είναι ήδη ένα ημισφαίριο με ακτίνα r = AD = v Δt = CB . Οι ακτίνες των δευτερευόντων κυμάτων από πηγές που βρίσκονται μεταξύ των σημείων Α και Β αλλάζουν όπως φαίνεται στο σχήμα. Το περίβλημα των δευτερευόντων κυμάτων είναι το επίπεδο DB που εφάπτεται στις σφαιρικές επιφάνειες. Αντιπροσωπεύει την επιφάνεια κύματος του ανακλώμενου κύματος. Οι ανακλώμενες δέσμες AA 2 και BB 2 είναι κάθετες στην επιφάνεια κύματος DB . Η γωνία γ μεταξύ της κάθετης στην ανακλώσα επιφάνεια και της ανακλώμενης δέσμης ονομάζεται γωνία ανάκλασης.
Εφόσον το AD = CB και τα τρίγωνα ADB και ACB είναι ορθογώνια τρίγωνα, τότε DBA = CAB. Αλλά α = CAB και γ = DBA ως γωνίες με κάθετες πλευρές. Συνεπώς, γωνία ανάκλασης ίσο με τη γωνίαπτώση: α = γ .
Επιπλέον, όπως προκύπτει από την κατασκευή του Huygens, η προσπίπτουσα ακτίνα, η ανακλώμενη ακτίνα και η κάθετη που βρίσκεται στο σημείο πρόσπτωσης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Αυτές οι δύο δηλώσεις είναι νόμος της αντανάκλασης του φωτός.
Εάν αντιστρέψετε την κατεύθυνση διάδοσης των ακτίνων φωτός, τότε η ανακλώμενη δέσμη θα γίνει προσπίπτουσα και η προσπίπτουσα δέσμη θα ανακλαστεί. Η αναστρεψιμότητα της πορείας των ακτίνων φωτός είναι η σημαντική ιδιότητά τους.
Εμπέδωση της ύλης που μελετήθηκε
Εργασία σε υπολογιστή με φύλλα εργασίας. Μοντέλο "Ανάκλαση και διάθλαση φωτός"
|
|
Φύλλο εργασίας για το μάθημα
Δείγματα απαντήσεων
"Αντανάκλαση του φωτός"
F. I. _________________________________________________
| 1. |
Πότε εμφανίζεται η αντανάκλαση του φωτός; Απάντηση: όταν μια δέσμη φωτός πέφτει στη διεπαφή μεταξύ δύο οπτικά διαφορετικών μέσων. |
| 2. |
Πότε η ανακλώμενη ακτίνα είναι ίδια με την προσπίπτουσα ακτίνα; Απάντηση: όταν η δέσμη προσπίπτει κάθετα στη διεπαφή. |
| 3. |
Με τι είναι ίση η γωνία πρόσπτωσης; Ποια είναι η γωνία ανάκλασης; |
| 4. |
Κατευθύνετε την προσπίπτουσα δέσμη στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, έτσι ώστε η γωνία πρόσπτωσης να είναι 30°. Ποια είναι η γωνία ανάκλασης; Απάντηση: 30° |
| 5. |
Αυξήστε τη γωνία πρόσπτωσης κατά 10°. Ποια είναι η γωνία πρόσπτωσης; Απάντηση: 40° Ποια είναι η γωνία ανάκλασης; Απάντηση: 40° |
| 6. |
Βγάλε ένα συμπέρασμα. Απάντηση: η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης. |
| 7. |
Τοποθετήστε το φωτιστικό στην ένδειξη 60°. Ποια είναι η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας και της ανακλώμενης ακτίνας; Απάντηση: 120° |
| 8. |
Μειώστε τη γωνία πρόσπτωσης κατά 30°. Τι συνέβη με τη γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας και των ανακλώμενων ακτίνων; Απάντηση: Μειώθηκε κατά 60° |
Συζητήστε τις απαντήσεις στις ερωτήσεις 7, 8, 9. Δώστε προσοχή στο γεγονός ότι η προσπίπτουσα ακτίνα, η ανακλώμενη ακτίνα και η κάθετη που ανυψώνεται στο σημείο πρόσπτωσης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Επαναλάβετε το νόμο της ανάκλασης του φωτός.
ΣΤΟ πλήρη έκδοση: δείχνουν την αντιστρεψιμότητα των ακτίνων φωτός, επίλυση προβλημάτων για τον προσδιορισμό των γωνιών πρόσπτωσης, ανάκλασης και θέσης του καθρέφτη.
Μέχρι στιγμής έχουμε να κάνουμε γεωμετρική οπτικήκαι μελέτησε τη διάδοση των ακτίνων φωτός. Ταυτόχρονα, θεωρήσαμε ότι η έννοια της ακτίνας είναι διαισθητικά σαφής και δεν της δώσαμε ορισμό. Οι βασικοί νόμοι της γεωμετρικής οπτικής διατυπώθηκαν από εμάς ως αξιώματα.
Τώρα θα φροντίσουμε κυματική οπτικήόπου το φως αντιμετωπίζεται ως ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Στο πλαίσιο της κυματικής οπτικής, η έννοια της ακτίνας μπορεί ήδη να καθοριστεί αυστηρά. Το βασικό αξίωμα της κυματικής θεωρίας είναι η αρχή Huygens. οι νόμοι της γεωμετρικής οπτικής αποδεικνύονται οι συνέπειές της.
Επιφάνειες και ακτίνες κυμάτων.
Φανταστείτε μια μικρή λάμπα που αναβοσβήνει συχνά περιοδικά. Κάθε φλας δημιουργεί ένα αποκλίνον κύμα φωτός με τη μορφή μιας διαστελλόμενης σφαίρας (με κέντρο μια λάμπα). Ας σταματήσουμε τον χρόνο - και θα δούμε τις σταματημένες φωτεινές σφαίρες στο διάστημα, που σχηματίζονται από λάμψεις σε διάφορες προηγούμενες χρονικές στιγμές.
Αυτές οι σφαίρες είναι οι λεγόμενες επιφάνειες κυμάτων. Σημειώστε ότι οι ακτίνες που προέρχονται από τη λάμπα είναι κάθετες στις επιφάνειες των κυμάτων.
Για να δώσουμε έναν αυστηρό ορισμό της επιφάνειας κύματος, ας θυμηθούμε πρώτα ποια είναι η φάση των ταλαντώσεων. Αφήστε την ποσότητα να κάνει αρμονικές δονήσειςνομικά:
Ορίστε λοιπόν φάσηείναι η τιμή που είναι το όρισμα του συνημιτόνου. Η φάση, όπως βλέπουμε, αυξάνεται γραμμικά με το χρόνο. Η τιμή της φάσης είναι ίση με και ονομάζεται
αρχική φάση.
Θυμηθείτε επίσης ότι ένα κύμα είναι η διάδοση των ταλαντώσεων στο χώρο.Στην περίπτωση των μηχανικών κυμάτων, αυτές θα είναι ταλαντώσεις σωματιδίων ελαστικό μέσο, πότε Ηλεκτρομαγνητικά κύματα- διακυμάνσεις των διανυσμάτων τάσης ηλεκτρικό πεδίοκαι επαγωγή μαγνητικού πεδίου.
Ανεξάρτητα από το ποια κύματα θεωρούνται, μπορούμε να πούμε ότι σε κάθε σημείο του χώρου που συλλαμβάνεται από την κυματική διαδικασία, συμβαίνουν ταλαντώσεις κάποιου μεγέθους. τέτοια ποσότητα είναι το σύνολο των συντεταγμένων του ταλαντούμενου σωματιδίου στη θήκη μηχανικό κύμαή ένα σύνολο διανυσμάτων συντεταγμένων που περιγράφουν το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίοσε ηλεκτρομαγνητικό κύμα.
Ταλαντώσεις φάσης σε δύο διάφορα σημείαχώρους, μιλώντας γενικά, έχουν διαφορετική σημασία. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα σύνολα σημείων στα οποία η φάση είναι ίδια. Αποδεικνύεται ότι το σύνολο των σημείων στα οποία η φάση των ταλαντώσεων σε αυτή τη στιγμήο χρόνος έχει μια σταθερή τιμή, σχηματίζει μια δισδιάστατη επιφάνεια στο χώρο.
Ορισμός. επιφάνεια κύματος είναι το σύνολο όλων των σημείων του χώρου στα οποία η φάση των ταλαντώσεων σε μια δεδομένη χρονική στιγμή έχει την ίδια τιμή.
Εν ολίγοις, η επιφάνεια του κύματος είναι η επιφάνεια σταθερής φάσης. Κάθε τιμή φάσης έχει τη δική της επιφάνεια κύματος. Ένα σύνολο διαφορετικών τιμών φάσης αντιστοιχεί σε μια οικογένεια επιφανειών κυμάτων.
Με την πάροδο του χρόνου, η φάση σε κάθε σημείο αλλάζει και η επιφάνεια κύματος που αντιστοιχεί σε μια σταθερή τιμή φάσης μετακινείται στο χώρο. Επομένως, η διάδοση των κυμάτων μπορεί να θεωρηθεί ως κίνηση των επιφανειών των κυμάτων! Έτσι, έχουμε στη διάθεσή μας βολικές γεωμετρικές εικόνες για την περιγραφή φυσικών διεργασιών κυμάτων.
Για παράδειγμα, εάν μια σημειακή πηγή φωτός βρίσκεται σε ένα διαφανές ομοιογενές μέσο, τότε οι επιφάνειες των κυμάτων είναι ομόκεντρες σφαίρες με κοινό κέντρο στην πηγή. Η διάδοση του φωτός μοιάζει με διαστολή αυτών των σφαιρών. Το έχουμε ήδη δει παραπάνω στην κατάσταση του λαμπτήρα.
Μόνο μια επιφάνεια κύματος μπορεί να περάσει από κάθε σημείο του χώρου σε μια δεδομένη στιγμή. Πράγματι, αν υποθέσουμε ότι δύο επιφάνειες κυμάτων διέρχονται από το σημείο, που αντιστοιχεί σε διαφορετικές έννοιεςφάση και , τότε λαμβάνουμε αμέσως μια αντίφαση: η φάση των ταλαντώσεων στο σημείο θα είναι ταυτόχρονα ίση με αυτούς τους δύο διαφορετικούς αριθμούς.
Μόλις μια μεμονωμένη επιφάνεια κύματος διέλθει από ένα σημείο, τότε η διεύθυνση της κάθετης στην επιφάνεια του κύματος στο δεδομένο σημείο καθορίζεται μοναδικά.
Ορισμός. ακτίνα είναι μια γραμμή στο χώρο, η οποία σε κάθε σημείο της είναι κάθετη στην επιφάνεια του κύματος που διέρχεται από αυτό το σημείο.
Με άλλα λόγια, η ακτίνα είναι μια κοινή κάθετη στην οικογένεια των επιφανειών κυμάτων. Η κατεύθυνση της δέσμης είναι η κατεύθυνση στην οποία διαδίδεται το κύμα. Κατά μήκος των ακτίνων, η ενέργεια του κύματος μεταφέρεται από το ένα σημείο του χώρου στο άλλο.
Καθώς το κύμα διαδίδεται, το όριο μετακινείται, το οποίο διαχωρίζει την περιοχή του χώρου που συλλαμβάνεται από την κυματική διαδικασία και την περιοχή που εξακολουθεί να είναι αδιατάρακτη. Αυτό το όριο ονομάζεται μέτωπο κύματος. Με αυτόν τον τρόπο, μέτωπο κύματος είναι το σύνολο όλων των σημείων στο χώρο που φτάσαμε ταλαντωτική διαδικασίασε αυτό το χρονικό σημείο. Το μέτωπο του κύματος είναι ειδική περίπτωσηεπιφάνεια κύματος? είναι, θα λέγαμε, η «πρώτη» επιφάνεια κύματος.
Στο μέγιστο απλά είδηΟι γεωμετρικές επιφάνειες περιλαμβάνουν τη σφαίρα και το επίπεδο. Αντίστοιχα, έχουμε δύο σημαντικές περιπτώσεις διεργασιών κυμάτων με επιφάνειες κυμάτων τέτοιου σχήματος - πρόκειται για σφαιρικά και επίπεδα κύματα.
Σφαιρικό κύμα.
Το κύμα λέγεται σφαιρικός, αν οι επιφάνειες κυμάτων του είναι σφαίρες (Εικ. 1).
Οι επιφάνειες κυμάτων φαίνονται με μια μπλε διακεκομμένη γραμμή και τα πράσινα ακτινικά βέλη είναι οι ακτίνες κάθετες στις επιφάνειες των κυμάτων.
Θεωρήστε ένα διαφανές ομοιογενές μέσο, του οποίου οι φυσικές ιδιότητες είναι ίδιες σε όλες τις κατευθύνσεις. Μια σημειακή πηγή φωτός που τοποθετείται σε ένα τέτοιο μέσο εκπέμπει σφαιρικά κύματα. Αυτό είναι ξεκάθαρο -
επειδή το φως ταξιδεύει προς κάθε κατεύθυνση με την ίδια ταχύτητα, οπότε οποιαδήποτε επιφάνεια κύματος θα είναι μια σφαίρα.
Λοιπόν, οι ακτίνες φωτός, όπως παρατηρήσαμε, σε αυτή την περίπτωση αποδεικνύονται συνηθισμένες ευθύγραμμες γεωμετρικές ακτίνεςξεκινώντας από την πηγή. Θυμηθείτε τον νόμο ευθύγραμμη διάδοσηΣβέτα: σε ένα διαφανές ομοιογενές μέσο, οι ακτίνες φωτός είναι ευθείες γραμμές? Στη γεωμετρική οπτική, το διατυπώσαμε ως αξίωμα. Τώρα βλέπουμε (για την περίπτωση μιας σημειακής πηγής) πώς αυτός ο νόμος προκύπτει από την έννοια του κυματική φύσηΣβέτα.
Στο θέμα "Ηλεκτρομαγνητικά κύματα" εισαγάγαμε την έννοια της πυκνότητας ροής ακτινοβολίας:
Εδώ, είναι η ενέργεια που μεταφέρεται με την πάροδο του χρόνου μέσω της επιφάνειας της περιοχής που βρίσκεται κάθετα στις ακτίνες. Έτσι, η πυκνότητα ροής ακτινοβολίας είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από το κύμα κατά μήκος των ακτίνων μέσω μιας μονάδας επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου.
Στην περίπτωσή μας, η ενέργεια κατανέμεται ομοιόμορφα στην επιφάνεια της σφαίρας, η ακτίνα της οποίας αυξάνεται κατά τη διάδοση του κύματος. Η επιφάνεια της σφαίρας είναι ίση με: , επομένως, για την πυκνότητα ροής ακτινοβολίας, λαμβάνουμε:
Όπως βλέπουμε, η πυκνότητα ροής ακτινοβολίας σε ένα σφαιρικό κύμα είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή.
Αφού η ενέργεια είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους της ταλάντωσης ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι το πλάτος των ταλαντώσεων σε ένα σφαιρικό κύμα είναι αντιστρόφως ανάλογο της απόστασης από την πηγή.
Επίπεδο κύμα.
Το κύμα λέγεται διαμέρισμα, αν οι επιφάνειες κυμάτων του είναι επίπεδες (Εικ. 2).
Η μπλε διακεκομμένη γραμμή φαίνεται παράλληλα επίπεδα, που είναι επιφάνειες κυμάτων. Οι ακτίνες - πράσινα βέλη - αποδεικνύονται και πάλι ευθείες γραμμές.
Το επίπεδο κύμα είναι μια από τις πιο σημαντικές εξιδανικεύσεις της κυματικής θεωρίας. μαθηματικά περιγράφεται πιο απλά. Αυτή η εξιδανίκευση μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, όταν βρισκόμαστε σε αρκετά μεγάλη απόσταση από την πηγή. Στη συνέχεια, στην περιοχή του σημείου παρατήρησης, μπορούμε να παραμελήσουμε την καμπυλότητα της σφαιρικής επιφάνειας του κύματος και να θεωρήσουμε το κύμα περίπου επίπεδο.
Στο μέλλον, αντλώντας τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης από την αρχή του Huygens, θα χρησιμοποιήσουμε ακριβώς επίπεδα κύματα. Αλλά πρώτα, ας ασχοληθούμε με την ίδια την αρχή του Huygens.
Αρχή Huygens.
Είπαμε παραπάνω ότι είναι βολικό να φανταστούμε τη διάδοση των κυμάτων ως κίνηση των επιφανειών των κυμάτων. Σύμφωνα όμως με ποιους κανόνες κινούνται οι επιφάνειες κυμάτων; Με άλλα λόγια, πώς, γνωρίζοντας τη θέση της επιφάνειας του κύματος σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, προσδιορίζουμε τη θέση της την επόμενη στιγμή;
Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα δίνεται από την αρχή Huygens - το κύριο αξίωμα της κυματικής θεωρίας. Η αρχή του Huygens ισχύει εξίσου τόσο για τα μηχανικά όσο και για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Για να κατανοήσουμε καλύτερα την ιδέα του Huygens, ας δούμε ένα παράδειγμα. Ρίξτε μια χούφτα πέτρες στο νερό. Από κάθε πέτρα θα βγαίνει ένα κυκλικό κύμα με κέντρο στο σημείο που έπεσε η πέτρα. Αυτά τα κυκλικά κύματα, τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο, θα δημιουργήσουν ένα κοινό κυματικό σχέδιο στην επιφάνεια του νερού. Είναι σημαντικό ότι όλα τα κυκλικά κύματα και το μοτίβο κυμάτων που δημιουργούνται από αυτά θα υπάρχουν ακόμη και αφού οι πέτρες βυθιστούν στον πυθμένα. Επομένως, η άμεση αιτία των αρχικών κυκλικών κυμάτων δεν είναι οι ίδιες οι πέτρες, αλλά τοπικές διαταραχέςτην επιφάνεια του νερού όπου έχουν πέσει οι πέτρες. Είναι οι ίδιες οι τοπικές διαταραχές που είναι οι πηγές των αποκλίνων κυκλικών κυμάτων και του αναδυόμενου μοτίβου κυμάτων, και δεν είναι πλέον τόσο σημαντικό τι ακριβώς προκάλεσε καθεμία από αυτές τις διαταραχές - είτε μια πέτρα, ένας πλωτήρας ή κάποιο άλλο αντικείμενο. Για να περιγράψουμε την επακόλουθη κυματική διαδικασία, είναι μόνο σημαντικό να ορισμένα σημείακυκλικά κύματα εμφανίστηκαν στην επιφάνεια του νερού.
Η βασική ιδέα του Huygens ήταν ότι οι τοπικές διαταραχές μπορούν να δημιουργηθούν όχι μόνο από ξένα αντικείμενα όπως μια πέτρα ή έναν πλωτήρα, αλλά και από ένα κύμα που διαδίδεται στο διάστημα!
Αρχή Huygens. Κάθε σημείο του χώρου που εμπλέκεται στην ίδια την κυματική διαδικασία γίνεται πηγή σφαιρικών κυμάτων.
Αυτά τα σφαιρικά κύματα που διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις από κάθε σημείο της κυματικής διαταραχής ονομάζονται δευτερεύοντα κύματα.Η μετέπειτα εξέλιξη της κυματικής διαδικασίας συνίσταται στην υπέρθεση δευτερογενών κυμάτων που εκπέμπονται από όλα τα σημεία στα οποία έχει ήδη φτάσει η κυματική διαδικασία.
Η αρχή Huygens δίνει μια συνταγή για την κατασκευή μιας επιφάνειας κύματος σε μια χρονική στιγμή από τη γνωστή θέση της σε μια στιγμή του χρόνου (Εικ. 3).
Δηλαδή, θεωρούμε κάθε σημείο της αρχικής επιφάνειας κύματος ως πηγή δευτερευόντων κυμάτων. Κατά τη διάρκεια του χρόνου, τα δευτερεύοντα κύματα θα καλύπτουν την απόσταση, όπου είναι η ταχύτητα του κύματος. Από κάθε σημείο της παλιάς επιφάνειας κύματος χτίζουμε σφαίρες ακτίνας. η επιφάνεια του νέου κύματος θα είναι εφαπτομένη σε όλες αυτές τις σφαίρες. Λένε επίσης ότι η επιφάνεια του κύματος ανά πάσα στιγμή εξυπηρετεί φάκελοςοικογένειες δευτερογενών κυμάτων.
Αλλά, φυσικά, για να κατασκευάσουμε μια επιφάνεια κύματος, δεν είμαστε υποχρεωμένοι να πάρουμε δευτερεύοντα κύματα που εκπέμπονται από σημεία που ασφαλώς βρίσκονται σε μια από τις προηγούμενες επιφάνειες κύματος. Η επιθυμητή επιφάνεια κύματος θα είναι το περίβλημα της οικογένειας των δευτερευόντων κυμάτων που εκπέμπονται από σημεία γενικά κάθε επιφάνειας που εμπλέκεται στη διαδικασία ταλάντωσης.
Με βάση την αρχή του Huygens, είναι δυνατό να εξαχθούν οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός, τους οποίους θεωρούσαμε προηγουμένως μόνο ως γενίκευση πειραματικών γεγονότων.
Παραγωγή του νόμου της ανάκλασης.
Ας υποθέσουμε ότι ένα επίπεδο κύμα προσπίπτει στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων (Εικ. 4). Διορθώνουμε δύο σημεία αυτής της επιφάνειας.
Δύο προσπίπτουσες δέσμες και έρχονται σε αυτά τα σημεία. το επίπεδο που είναι κάθετο σε αυτές τις ακτίνες είναι η επιφάνεια κύματος του προσπίπτοντος κύματος.
Η κάθετη προς την ανακλώσα επιφάνεια σχεδιάζεται στο σημείο. Η γωνία είναι, όπως θυμάστε, η γωνία πρόσπτωσης.
Ανακλώνται ακτίνες και βγαίνουν από τα σημεία Και. Το επίπεδο που είναι κάθετο σε αυτές τις ακτίνες είναι η επιφάνεια κύματος του ανακλώμενου κύματος. Ας ορίσουμε προς το παρόν τη γωνία ανάκλασης. θέλουμε να το αποδείξουμε.
Όλα τα σημεία του τμήματος χρησιμεύουν ως πηγές δευτερευόντων κυμάτων. Πρώτα απ 'όλα, η επιφάνεια του κύματος φτάνει σε ένα σημείο. Στη συνέχεια, καθώς το προσπίπτον κύμα κινείται, άλλα σημεία αυτού του τμήματος εμπλέκονται στην ταλαντωτική διαδικασία και στην ίδια τελευταία στροφή- τελεία .
Αντίστοιχα, η ακτινοβολία των δευτερευόντων κυμάτων αρχίζει στο σημείο . ένα σφαιρικό κύμα με κέντρο το έχει στο σχ. 4 είναι η μεγαλύτερη ακτίνα. Καθώς πλησιάζετε το σημείο, οι ακτίνες των σφαιρικών δευτερογενών κυμάτων που εκπέμπονται από τα ενδιάμεσα σημεία μειώνονται στο μηδέν - εξάλλου, το δευτερεύον κύμα θα εκπέμπεται όσο πιο αργά, τόσο πιο κοντά είναι η πηγή του στο σημείο.
Η επιφάνεια του κύματος του ανακλώμενου κύματος είναι ένα επίπεδο που εφάπτεται σε όλες αυτές τις σφαίρες. Στο επιπεδομετρικό μας σχέδιο, υπάρχει ένα τμήμα μιας εφαπτομένης που σχεδιάζεται από ένα σημείο στον μεγαλύτερο κύκλο με κέντρο και ακτίνα .
Τώρα σημειώστε ότι η ακτίνα είναι η απόσταση που διανύει το δευτερεύον κύμα με κέντρο κατά τη διάρκεια του χρόνου που η επιφάνεια του κύματος κινείται προς το σημείο. Ας το πούμε λίγο διαφορετικά: ο χρόνος κίνησης του δευτερεύοντος κύματος από σημείο σε σημείο είναι ίσος με το χρόνο κίνησης του προσπίπτοντος κύματος από σημείο σε σημείο . Αλλά οι ταχύτητες της πρόσπτωσης και των δευτερευόντων κυμάτων συμπίπτουν - άλλωστε, συμβαίνει στο ίδιο μέσο! Επομένως, αφού οι ταχύτητες και οι χρόνοι συμπίπτουν, τότε οι αποστάσεις είναι ίσες: .
Αποδεικνύεται ότι τα ορθογώνια τρίγωνα και είναι ίσα σε υποτείνουσα και σκέλος. Επομένως, το αντίστοιχο αιχμηρές γωνίες: . Μένει να σημειωθεί ότι (αφού είναι και οι δύο ίσοι) και (και οι δύο είναι ίσοι).
Έτσι, - η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης, όπως απαιτείται.
Επιπλέον, από την κατασκευή στο Σχ. 4, είναι εύκολο να δούμε ότι η δεύτερη πρόταση του νόμου της διάθλασης πληρούται επίσης: η προσπίπτουσα δέσμη, η ανακλώμενη δέσμη και η κάθετη προς την ανακλώσα επιφάνεια βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.
Παραγωγή του νόμου της διάθλασης.
Ας δείξουμε τώρα πώς ο νόμος της διάθλασης προκύπτει από την αρχή του Huygens. Για λόγους βεβαιότητας, θα υποθέσουμε ότι ένα επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται στον αέρα και πέφτει στο όριο με κάποιο διαφανές μέσο (Εικ. 5). Ως συνήθως, η γωνία πρόσπτωσης είναι η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας ακτίνας και της κανονικής προς την επιφάνεια, η γωνία διάθλασης είναι η γωνία μεταξύ της διαθλασμένης ακτίνας και της κανονικής.
Το σημείο είναι το πρώτο σημείο στο τμήμα στο οποίο φτάνει η επιφάνεια κύματος του προσπίπτοντος κύματος. στο σημείο, η εκπομπή δευτερογενών κυμάτων αρχίζει νωρίτερα. Έστω ο χρόνος που από αυτή τη στιγμή χρειάζεται το προσπίπτον κύμα για να φτάσει στο σημείο, δηλαδή να περάσει το τμήμα.
Δηλώνουμε την ταχύτητα του φωτός στον αέρα, έστω η ταχύτητα του φωτός στο μέσο είναι . Ενώ το προσπίπτον κύμα διανύει μια απόσταση και φτάνει στο σημείο, το δευτερεύον κύμα από το σημείο θα διαδοθεί σε μια απόσταση.
Γιατί, λοιπόν. Ως αποτέλεσμα, η επιφάνεια του κύματος όχι παράλληληεπιφάνεια κύματος - το φως διαθλάται! Στο πλαίσιο της γεωμετρικής οπτικής, δεν έχει δοθεί καμία εξήγηση για το γιατί παρατηρείται καθόλου το φαινόμενο της διάθλασης. Ο λόγος της διάθλασης έγκειται στην κυματική φύση του φωτός και γίνεται κατανοητός από την άποψη του
Η αρχή του Huygens: το όλο θέμα είναι ότι η ταχύτητα των δευτερευόντων κυμάτων σε ένα μέσο είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός στον αέρα, και αυτό οδηγεί σε περιστροφή της επιφάνειας του κύματος σε σχέση με την αρχική της θέση.
Από ορθογώνια τρίγωνακαι είναι εύκολο να το δει κανείς αυτό και (σημειώνεται για συντομία με ). Έτσι έχουμε:
Διαιρώντας αυτές τις εξισώσεις μεταξύ τους, παίρνουμε:
Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης αποδείχθηκε ότι είναι σταθερή τιμήανεξάρτητα από τη γωνία πρόσπτωσης. Αυτή η τιμή ονομάζεται δείκτης διάθλασης του μέσου:
Το αποτέλεσμα είναι ο γνωστός νόμος της διάθλασης:
Σημείωση: φυσική έννοιαο δείκτης διάθλασης (όπως η αναλογία των ταχυτήτων του φωτός στο κενό και στο μέσο) έγινε και πάλι σαφής χάρη στην αρχή του Huygens.
Από το σχ. 5, η δεύτερη δήλωση του νόμου της διάθλασης είναι επίσης προφανής: η προσπίπτουσα δέσμη, η διαθλασμένη δέσμη και η κάθετη προς τη διεπαφή βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.
Ο Huygens διατύπωσε την υπόθεση ότι κάθε σημείο του μετώπου κύματος που δημιουργείται από κάποια πρωτογενή πηγή είναι μια δευτερεύουσα πηγή ενός σφαιρικού κύματος. Αυτή η υπόθεση ονομάζεται Αρχή Huygens.
Υπό μέτωπο κύματοςσυνήθως κατανοούν την επιφάνεια που χωρίζει την περιοχή στην οποία σε μια δεδομένη χρονική στιγμή υπάρχουν ήδη ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις, από την περιοχή στην οποία το κύμα δεν έχει ακόμη προλάβει να διαδοθεί. Όταν περιγράφεται η διάδοση μονοχρωματικών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, συχνά αντί του όρου ομοιογενής επιφάνειαχρησιμοποιήστε τον όρο μέτωπο κύματος,το οποίο, αυστηρά μιλώντας, δεν είναι απολύτως σωστό.
Αφήστε την επιφάνεια να γίνει γνωστή μικρό 1 (Εικ. 1.24), στην οποία η φάση της συνάρτησης που χαρακτηρίζει το κύμα τη στιγμή t =t0ισούται με κάποια τιμή Ψ0. Την επόμενη στιγμή t =t0 +Δtη επιφάνεια που αντιστοιχεί στην τιμή φάσης Ψ0 δεν θα συμπίπτει πλέον με το S1. Για να προσδιοριστεί αυτή η νέα επιφάνεια, σύμφωνα με την αρχή του Huygens, είναι απαραίτητο να ληφθεί κάθε σημείο της επιφάνειας S1 ως το κέντρο μιας σφαίρας ακτίνας r0 =cΔt,όπου Με – ταχύτητα διάδοσης κύματος. Τότε η επιφάνεια S2 (Εικ. 1.24), το περίβλημα της οικογένειας των σφαιρών που κατασκευάζεται με αυτόν τον τρόπο, σχεδιασμένο λαμβάνοντας υπόψη την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος, θα είναι η απαιτούμενη επιφάνεια, στην οποία βρίσκεται η φάση τη στιγμή t =t0+Δtισούται με Ψ0.
Εικ.1.24. Επιφάνειες S1 και S2
Η αρχή του Huygens ισχύει για οποιεσδήποτε διεργασίες κύματος και καθιστά δυνατό τον εντοπισμό της κίνησης του μετώπου κύματος ή της επιφάνειας ίσων φάσεων, ξεκινώντας από τη χρονική στιγμή κατά την οποία είναι γνωστό το μέτωπο κύματος ή, αντίστοιχα, το PRF. Η μαθηματική διατύπωση της αρχής Huygens δόθηκε για πρώτη φορά από τον Kirchhoff. Επομένως, αυτή η αρχή συνήθως ονομάζεται την αρχή Huygens-Kirchhoff.
Η αρχή Huygens-Kirchhoff καθιστά δυνατή την εύρεση του πεδίου ακόμη και στην περίπτωση που η επιφάνεια γύρω πηγές, δεν συμπίπτει με την επιφάνεια ίσων φάσεων. Σε αυτή την περίπτωση, φυσικά, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η κατανομή φάσεων ισοδύναμων πηγών.
Η αρχή Huygens-Kirchhoff χρησιμοποιείται ευρέως για τον υπολογισμό των μοτίβων ακτινοβολίας διαφόρων συστημάτων ακτινοβολίας στην περιοχή μικροκυμάτων. Οι κύριοι τύποι κεραιών σε αυτό το εύρος: υποδοχή, κόρνα και καθρέφτης (σχηματικά φαίνεται στο Σχ. 1.25, α Β Γ,αντίστοιχα) μπορεί να αναπαρασταθεί ως κλειστή επιφάνεια, το ένα μέρος της οποίας (S0) είναι μεταλλικό, και το άλλο (SΣ) είναι μια επιφάνεια ανοίγματος (μέσω της οποίας ακτινοβολείται ηλεκτρομαγνητική ενέργεια στον περιβάλλοντα χώρο). Το πεδίο στο SΣ είναι συνήθως γνωστό με κάποιο βαθμό ακρίβειας και μπορεί να αντικατασταθεί από μια κατανομή ισοδύναμων πηγών.
Εικ.1.25. Οι κύριοι τύποι κεραιών μικροκυμάτων είναι: α) με σχισμή. β) κέρατο? γ) καθρέφτης
Επιπλέον, σε κατά προσέγγιση υπολογισμούς, η διαρροή συχνά παραμελείται. ηλεκτρικά ρεύματαστην εξωτερική επιφάνεια της κεραίας, δηλ. υποθέστε ότι στην επιφάνεια S0λείπει επίσης ηλεκτρικά ρεύματα:
Σε αυτή την προσέγγιση, το πεδίο στην μακρινή ζώνη καθορίζεται μόνο από τα ισοδύναμα επιφανειακά ηλεκτρικά και μαγνητικά ρεύματα ή, το ίδιο, από τις εφαπτομενικές συνιστώσες των διανυσμάτων και στην επιφάνεια SΣ.
Κατά τον υπολογισμό του πεδίου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την αρχή της υπέρθεσης: διαιρέστε την επιφάνεια SΣ σε στοιχειώδεις περιοχές ΔS, βρείτε το πεδίο που δημιουργείται από τα ισοδύναμα ρεύματα κάθε περιοχής και, στη συνέχεια, αθροίστε τα αποτελέσματα.
Διατυπώστε την αρχή Huygens-Fresnel. 1. Όλες οι δευτερεύουσες πηγές του μετώπου κύματος που προέρχονται από μια πηγή είναι συνεπείς μεταξύ τους. 2. Για δευτερεύουσες πηγές ισχύει η αρχή της υπέρθεσης. 3. Ίσες περιοχές της επιφάνειας του κύματος ακτινοβολούν ίσες εντάσεις κατά τον υπολογισμό του πλάτους των ταλαντώσεων φωτός που διεγείρονται από την πηγή S 0 in αυθαίρετο σημείο M, η πηγή S 0 μπορεί να αντικατασταθεί από ένα ισοδύναμο σύστημα δευτερευουσών πηγών - μικρά τμήματα dS οποιασδήποτε κλειστής βοηθητικής επιφάνειας S, σχεδιασμένα έτσι ώστε να καλύπτει την πηγή S 0 και να μην καλύπτει το εξεταζόμενο σημείο M
Οι δευτερεύουσες πηγές είναι συνεκτικές S 0 μεταξύ τους, επομένως, τα δευτερεύοντα κύματα που διεγείρονται από αυτές παρεμβάλλονται όταν υπερτίθενται
Το πλάτος dA των ταλαντώσεων που διεγείρονται στο σημείο M από μια δευτερεύουσα πηγή είναι ανάλογο με το λόγο της περιοχής dS του αντίστοιχου τμήματος του επιφανειακού κύματος S προς την απόσταση r από αυτό στο σημείο M και εξαρτάται από τη γωνία μεταξύ του εξωτερικού κάθετη προς την επιφάνεια του κύματος και την κατεύθυνση από το στοιχείο dS προς το σημείο M.
Εάν μέρος της επιφάνειας S καταλαμβάνεται από αδιαφανή σήτες, τότε οι αντίστοιχες δευτερεύουσες πηγές δεν ακτινοβολούν, και οι υπόλοιπες ακτινοβολούν με τον ίδιο τρόπο όπως και στην απουσία οθονών.
Αρχή Huygens-Fresnel. Η ουσία του είναι η εξής: για κάθε συγκεκριμένη εργασία, το μέτωπο κύματος θα πρέπει να χωρίζεται με συγκεκριμένο τρόπο σε τμήματα (ζώνες Fresnel), τα οποία θεωρούνται ως ανεξάρτητες πανομοιότυπες πηγές κυμάτων. το πλάτος (και η ένταση) του κύματος στο σημείο παρατήρησης καθορίζεται ως αποτέλεσμα παρεμβολής από κύματα που υποτίθεται ότι δημιουργούνται από ξεχωριστές ζώνες.
Εξηγήστε την είσοδο του φωτός στην περιοχή μιας γεωμετρικής σκιάς χρησιμοποιώντας την αρχή του Huygens. Κάθε σημείο του τμήματος του μετώπου κύματος που διακρίνεται από την τρύπα χρησιμεύει ως πηγή δευτερευόντων κυμάτων, τα οποία περιστρέφονται γύρω από τις άκρες της οπής. Κάθε σημείο του τμήματος του μετώπου κύματος που διακρίνεται από την τρύπα χρησιμεύει ως πηγή δευτερευόντων κυμάτων , που περιστρέφεται γύρω από τις άκρες της τρύπας.
Τι είναι η περίθλαση; Το φαινόμενο της απόκλισης των κυμάτων φωτός από την ευθύγραμμη διάδοση κατά τη διέλευση των οπών και κοντά στα άκρα των οθονών ονομάζεται περίθλαση (κάμψη φωτός γύρω από επερχόμενα εμπόδια). Το φαινόμενο της απόκλισης των κυμάτων φωτός από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνούν μέσα από τρύπες και κοντά στα άκρα των οθονών ονομάζεται περίθλαση (κάμψη φωτός γύρω από επερχόμενα εμπόδια) Ένα σύνολο φαινομένων που παρατηρούνται κατά τη διάδοση του φωτός σε ένα μέσο με έντονες ανομοιογένειες, οι διαστάσεις των οποίων είναι συγκρίσιμα με το μήκος κύματος και σχετίζονται με αποκλίσεις από τους νόμους της γεωμετρικής οπτικής
Ορίστε την περίθλαση Fresnel και την περίθλαση Fraunhofer.εάν το σχήμα περίθλασης παρατηρείται σε πεπερασμένη απόσταση από το αντικείμενο που προκαλεί περίθλαση και είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η καμπυλότητα του μετώπου κύματος, τότε μιλάμε για Περίθλαση Fresnel. Με την περίθλαση Fresnel, μια εικόνα περίθλασης ενός εμποδίου παρατηρείται στην οθόνη.
εάν τα μέτωπα των κυμάτων είναι επίπεδα (οι ακτίνες είναι παράλληλες) και το μοτίβο περίθλασης παρατηρείται σε απείρως μεγάλη απόσταση (για αυτό χρησιμοποιούνται φακοί), τότε μιλαμεσχετικά με Περίθλαση Fraunhofer.
Τι είναι η μέθοδος ζώνης Fresnel; Η διαίρεση της επιφάνειας κύματος S σε ζώνες, τα όρια της πρώτης (κεντρικής) ζώνης χρησιμεύουν ως σημεία της επιφάνειας S που βρίσκονται σε απόσταση l + λ \ 2 από το σημείο Μ. Τα σημεία της σφαίρας βρίσκονται σε απόσταση l + 2λ \ 2, l + 3λ \ 2 από το σημείο M, η εικόνα ζώνες Fresnel. Όταν αυτές οι ταλαντώσεις υπερτίθενται, αποδυναμώνουν αμοιβαία η μία την άλλη A = A 1 -A 2 + A 3 -A 4 ... + A i C αυξάνουν τον αριθμό της ζώνης, μειώνουν την ένταση ακτινοβολίας της ζώνης προς την κατεύθυνση του t.M, δηλ. μείωση A i A 1 > A i >A 3 …>A i
Γιατί επιλέγονται στη μέθοδο της ζώνης Fresnel με τέτοιο τρόπο ώστε οι αποστάσεις από τις γειτονικές ζώνες να διαφέρουν κατά /2; /2-χρονική διαφορά. Οι ταλαντώσεις που διεγείρονται στο σημείο P, μεταξύ δύο γειτονικών ζωνών, είναι αντίθετες σε φάση
A m \u003d (A m-1 + A m + 1) / 2; A \u003d A 1 / 2
Τι είναι ένα πλέγμα περίθλασης; Σχάρα περίθλασης - μια οπτική συσκευή που λειτουργεί με βάση την αρχή της περίθλασης φωτός, είναι ένας συνδυασμός ένας μεγάλος αριθμόςκτυπήματα σε τακτική απόσταση (σχισμές, προεξοχές) που εφαρμόζονται σε μια συγκεκριμένη επιφάνεια. Η πρώτη περιγραφή του φαινομένου έγινε από τον James Gregory, ο οποίος χρησιμοποίησε φτερά πουλιών ως πλέγμα.
Ποια είναι η περίοδος ενός πλέγματος περίθλασης; Η απόσταση στην οποία επαναλαμβάνονται οι διαδρομές στο πλέγμα ονομάζεται περίοδος του πλέγματος περίθλασης. Ορίζεται με το γράμμα δ. Εάν ο αριθμός των κτυπημάτων είναι γνωστός ( Ν) ανά τρίψιμο 1 mm, τότε η περίοδος τριψίματος βρίσκεται με τον τύπο: 0,001 / Ν
Γιατί το φως περνά μέσα από ένα πλέγμα περίθλασης φυσικό φωςεπεκτείνεται σε ένα φάσμα; Η θέση των κύριων μεγίστων εξαρτάται από το μήκος κύματος λ, οπότε κατά τη διέλευση από το πλέγμα λευκό φωςόλα τα μέγιστα εκτός από το κεντρικό (m=0) θα αποσυντεθούν σε ένα φάσμα, η ιώδης περιοχή του οποίου θα στραφεί στο κέντρο του σχεδίου περίθλασης, η κόκκινη θα είναι προς τα έξω.
Πώς ονομάζεται η ανάλυση ενός πλέγματος περίθλασης; Η ανάλυση του πλέγματος αποδεικνύεται ίση με R = mN. Έτσι, η ανάλυση του πλέγματος εξαρτάται από τη σειρά m του φάσματος και από την συνολικός αριθμός N πινελιές του τμήματος εργασίας του πλέγματος, δηλ. το τμήμα από το οποίο διέρχεται η μελετημένη ακτινοβολία και από το οποίο εξαρτάται το μοτίβο περίθλασης που προκύπτει. Ενεργοποίηση μεθόδου / κιγκλίδωμαχαρακτηρίζει την ικανότητα του πλέγματος να διαχωρίζει τα μέγιστα του φωτισμού, για δύο μήκη κύματος κοντά στο 1 και 2 σε αυτό το φάσμα. Εδώ 2 – 1 . Αν /kN, τότε τα μέγιστα φωτισμού για 1 και 2 δεν επιλύονται στο φάσμα της kth τάξης.
Οι αρχές του Huygens-Fresnel έγιναν η βάση της θεωρίας του φωτός των σωματικών κυμάτων. ΣΤΟ αρχές XIXαιώνα ο Christian Huygens, κάνοντας πειράματα σε κύματα φωτός, πρότεινε ότι υπάρχουν σωματίδια που είναι φορείς «ελαφριάς ενέργειας». Αυτή η διαδικασία του φαινόταν ως μια διαδοχική μεταφορά ενέργειας από το ένα σώμα στο άλλο μέσω σύγκρουσης. Οι επιστήμονες που υποστήριξαν αυτή τη θεωρία υποστήριξαν ότι το φως κινείται μέσα από τον αιθέρα, ένα μέσο με ειδικές φυσικές ιδιότητες, επιτρέποντας στα σωματίδια να μην χάνουν ενέργεια όταν κινούνται. Αυτός ο αιθέρας διαπερνά όλο τον περιβάλλοντα χώρο και επίσης περνά μέσα από αντικείμενα, επιτρέποντας στα κύματα φωτός να εξαπλωθούν προς όλες τις κατευθύνσεις.
Βασικά στοιχεία της θεωρίας
Αυτό στις οποίες βασίστηκαν οι αρχές Huygens-Fresnel μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: η διάδοση του φωτός συνίσταται στο γεγονός ότι η διέγερση φωτός που προέρχεται από μια φωτεινή πηγή μεταδίδεται σε γειτονικά σημεία του χώρου, τα οποία δημιουργούν δευτερεύοντα κύματα φωτός και τα μεταδίδουν σε γειτονικά σημεία . Τα πεδία διάδοσης δευτερευόντων κυμάτων από γειτονικά σημεία υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο, εντείνοντας ή εξασθενίζοντας. Αυτή η θεωρία υποστηρίζεται από περίθλαση, παρεμβολή, διασπορά και ανάκλαση, τα οποία θα συζητηθούν λεπτομερέστερα παρακάτω.
Παρέμβαση
Όταν δύο κύματα φωτός τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο, μπορούν είτε να λειτουργήσουν ως ενισχυτικός παράγοντας είτε να αμβλύνουν το ένα τους κραδασμούς του άλλου. Η ανακάλυψη αυτού του φαινομένου συνέβη δεκαεπτά χρόνια πριν από τη διατύπωση της αρχής Huygens, το 1801 από τον Thomas Young, έναν Άγγλο, γιατρό με εκπαίδευση. Ο επιστήμονας παρατήρησε ότι εάν δύο πολύ μικρές τρύπες τρυπηθούν η μία δίπλα στην άλλη σε χαρτόνι και αυτή η οθόνη τοποθετηθεί στη διαδρομή μιας στενής δέσμης κυμάτων φωτός, για παράδειγμα, ένα κενό σε μια κουρτίνα, τότε στον τοίχο πίσω από την οθόνη, αντί για τα αναμενόμενα δύο φωτεινά σημεία, θα υπάρχουν αρκετοί ανοιχτοί και σκούροι δακτύλιοι. Προκειμένου το πείραμα να είναι επιτυχές, μόνο μία προϋπόθεση είναι απαραίτητη - τα κύματα φωτός πρέπει να συντονίζονται στις ταλαντώσεις τους.
Περίθλαση
Ένα φωτεινό κύμα που διέρχεται από αερολύματα, υγρά ή στερεά μπορεί να αποκλίνει από τον ευθύγραμμο άξονα κίνησης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται περίθλαση. Χρησιμοποιείται σε οπτικά όργανα για τη λήψη καθαρής εικόνας ακόμη και των πιο μικρών αντικειμένων ή αντικειμένων που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση.
Ταυτόχρονα με τον Huygens, το 1818, ο Fresnel έκανε μια παρουσίαση μιας έκθεσης για την περίθλαση στο Παρίσι επιστημονική κοινωνία. Η εμπειρία και οι θεωρητικοί υπολογισμοί του εγκρίθηκαν και ένα από τα μέλη της επιτροπής, ο φυσικός Poisson, με βάση αυτή τη θεωρία, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι εάν τοποθετηθεί ένα αδιαφανές στρογγυλό εμπόδιο στη διαδρομή των ακτίνων που εκτρέπονται από την περίθλαση, τότε θα είναι ένα φωτεινό σημείο. αντανακλάται στην οθόνη και όχι η σκιά του αντικειμένου. Αργότερα, αυτή η υπόθεση δοκιμάστηκε πειραματικά από τον φυσικό D.F. Arago. Η περίθλαση του φωτός (η αρχή Huygens-Fresnel) βρήκε την επιβεβαίωσή της μέσα από μια φαινομενικά αντιφατική υπόθεση. Η κυματική θεωρία του φωτός έχει πάρει τη θέση της ανάμεσα σε άλλα επαληθευμένα αξιώματα της φυσικής.
Διασπορά
Εκτός από την περίθλαση και την παρεμβολή, οι αρχές Huygens-Fresnel περιλαμβάνουν επίσης το φαινόμενο της διασποράς. Στην πραγματικότητα, αυτή είναι η αποσύνθεση μιας δέσμης φωτός σε ξεχωριστά κύματα αφού περάσει μέσα από ένα αεροζόλ, υγρό ή στερεός. Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα κατά τη διάρκεια πειραμάτων με ένα πρίσμα. Η διάσπαση του φωτός μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι η λευκή δέσμη αποτελείται από κύματα φωτός διαφορετικού μήκους. Περνώντας μέσα από ένα εμπόδιο, το φως ανακλάται σε διαφορετικές γωνίες, αφού ο συντελεστής ανάκλασης εξαρτάται άμεσα από το μήκος κύματος. Εξαιτίας αυτού, κύματα ίδιου μήκους σχηματίζουν ξεχωριστές δέσμες που αντιλαμβανόμαστε σε διαφορετικό χρωματικό φάσμα: από κόκκινο έως μοβ.
Πόλωση
Εξηγήστε αυτό φυσική αρχήαρκετά δύσκολο. Για περισσότερη σαφήνεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εμπειρία της διέλευσης του φωτός ανάμεσα σε δύο πρίσματα. Η ουσία του είναι ότι εάν στερεά διαφανή σώματα προσανατολίζονται με τον ίδιο τρόπο, τότε το φως περνά μέσα από αυτά χωρίς να χάσει τη φωτεινότητά του, αλλά αν τοποθετηθούν κάθετα μεταξύ τους, τότε η δέσμη δεν θα περάσει. Αυτό οφείλεται στο διάνυσμα κατεύθυνσης των κυμάτων φωτός. Εάν συμπίπτει με το επίπεδο στο οποίο βρίσκεται ο κρύσταλλος, τότε δεν υπάρχει εξασθένηση και αν δεν ταιριάζει, τότε η δέσμη φωτός γίνεται λιγότερο φωτεινή ή δεν περνάει καθόλου από το αντικείμενο, λόγω του γεγονότος ότι μερικά από τα κύματα σβήνουν.
Αντανάκλαση
Εάν ένα στερεό ή υγρό σώμα, τότε αντανακλάται πλήρως ή εν μέρει από αυτόν. Έτσι, μπορούμε να δούμε τα αντικείμενα γύρω μας. Πότε κύμα φωτόςφτάνει σε μια διεπαφή (π.χ. αέριο/υγρό ή αέριο/στερεό), και στη συνέχεια ανακλάται πλήρως ή εν μέρει πίσω. Η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της δέσμης φωτός και της κάθετης εφηβικής στην επιφάνεια (όριο φάσης) ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης και αυτή που βρίσκεται μεταξύ της κάθετης και της ανακλώμενης δέσμης είναι η γωνία ανάκλασης.
Νόμοι της αντανάκλασης:
- Οι προσπίπτουσες και ανακλώμενες ακτίνες και η κάθετη υπάρχουν στο ίδιο επίπεδο.
- Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης.
- Η πορεία των ακτίνων φωτός είναι αναστρέψιμη.
Διάχυτος και κατοπτρικός προβληματισμός
Ανάλογα με τον τύπο της επιφάνειας από την οποία ανακλάται η δέσμη, μπορεί κανείς να διακρίνει μεταξύ κατοπτρικής και διάχυτης ανάκλασης. Η ανάκλαση ονομάζεται κατοπτρική ανάκλαση, η οποία παρατηρείται από μια πολύ λεία επιφάνεια, όταν οι ανωμαλίες δεν υπερβαίνουν το μήκος κύματος. Τότε η ανακλώμενη δέσμη θα είναι παράλληλη με την προσπίπτουσα. Αυτό βρίσκεται σε καθρέφτες, γυαλί, γυαλισμένο μέταλλο. Εάν οι επιφανειακές ανωμαλίες είναι μεγαλύτερες από το μήκος κύματος του φωτός, τότε οι ανακλώμενες ακτίνες κατευθύνονται σε διαφορετικές γωνίες σε σχέση με τη γωνία πρόσπτωσης. Εξαιτίας αυτού μπορούμε να δούμε αντικείμενα που δεν είναι από μόνα τους πηγές φωτός. Για πρώτη φορά, η αρχή του Huygens βοήθησε να καταλήξουμε σε ένα τέτοιο συμπέρασμα. Ο νόμος της ανάκλασης του φωτός έλαβε μια μαθηματική και πρακτική αιτιολόγηση, με βάση ήδη διάσημες έννοιεςπαρεμβολή και περίθλαση.
Πρακτική χρήση
Οι αρχές του Huygens-Fresnel αποτέλεσαν τη βάση για το σχεδιασμό των οπτικών συσκευών και επίσης αποτέλεσαν τη βάση της θεωρίας σωματικών κυμάτων του φωτός. Άγγλος D. Tabor, βραβευμένος βραβείο Νόμπελστη φυσική, χρησιμοποιώντας αυτόν τον νόμο, εφηύρε την ολογραφία. Αν και η πρακτική εφαρμογή του κατέστη δυνατή μόνο με την εισαγωγή στη μαζική χρήση στενά εστιασμένων πηγών έντονου φωτός - λέιζερ. Στην πραγματικότητα, ένα ολόγραμμα είναι ένα μοτίβο παρεμβολής αποτυπωμένο σε μια φωτογραφική πλάκα, που σχηματίζεται από κύματα φωτός που ενισχύουν και εξασθενούν το ένα το άλλο, αντανακλώντας από ένα αντικείμενο σε διαφορετικές γωνίες.
Η τεχνική μιας τέτοιας αποτύπωσης μιας τρισδιάστατης εικόνας βρίσκει εφαρμογή στον τομέα της αποθήκευσης πληροφοριών, επειδή σε μια μικρή επιφάνεια τοποθετείται ένα ολόγραμμα μεγάλη ποσότηταδεδομένα παρά μικρογραφίες. Οπως και Καλό παράδειγμαμπορεί να δοθεί τοποθεσία εγκυκλοπαιδικό λεξικότόμος χίλιες τριακόσιες σελίδες σε φωτογραφικό πιάτο 3x3 εκ.
Συσκευές όπως το ολογραφικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο βρίσκονται σε εξέλιξη, οι οποίες επιτρέπουν τη δημιουργία τρισδιάστατων εικόνων από τις μικρότερες δομικές μονάδεςζωντανή ύλη, καθώς και ολογραφικός κινηματογράφος και τηλεόραση, οι πρώτες εκδόσεις των οποίων είναι τρισδιάστατες κινηματογραφικές εκπομπές.
Η ρητορική ως πρωτότυπο της δημοσιογραφίας
Αποσπάσματα για τον Ναπολέοντα - dslinkov — LiveJournal
Με εκδίκηση Ο άντρας στην μπουλντόζα κατέστρεψε την πόλη