To tylko jedna z 6 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Optyka falowa – zjawiska dyfrakcji i interferencji światła
Efektowne barwy baniek mydlanych, lub wycieków oleju w kałużach są wynikiem
interferencji światła. Jak mówiliśmy, interferencja polega na selektywnym wzmacnianiu lub
wygaszaniu nakładających się fal. Jeśli nakładające się fale mają zgodne fazy
( 0 2n ), następuje maksymalne wzmocnienie fali wypadkowej, natomiast
interferencja fal o przeciwnych fazach ( 2n ) prowadzi do ich całkowitego
wygaszenia. Zjawisko interferencji światła, a także zjawisko dyfrakcji, czyli ugięcia fal
świetlnych, są najsilniejszymi dowodami na falową naturę światła. Aby zrozumieć i opisać te
zjawiska musimy wyjść poza ograniczenia optyki geometrycznej.
Zasada Huygensa
Pierwszą stosunkowo prostą i użyteczną falową teorię światła zaproponował w XVII
w. Christian Huygens. Teoria Huygensa pozwala w prosty sposób przewidywać rozchodzenie
się dowolnego rodzaju fal, a więc także fal świetlnych, w przestrzeni trójwymiarowej. Opiera
się ona na zasadzie Hugensa, która mówi, że wszystkie punkty czoła fali zachowują się jak
punktowe źródła elementarnych kulistych fal wtórnych. Po upływie czasu t położenie
czoła fali jest wyznaczone przez powierzchnię styczną do powierzchni fal wtórnych.
Rys. 1 Rozchodzenie się fali płaskiej w ośrodku jednorodnym. Na rysunku zaznaczono 3
punktowe źródła elementarnych fal kulistych wtórnych na czole fali płaskiej w chwili
początkowej t0 oraz położenia powierzchni fal wtórnych po upływie pewnego czasu t. Styczna
do powierzchni fal wtórnych wyznacza czoło fali w chwili t0+t. Czoło to jest linia prostą, co
jest charakterystyczne dla fali płaskiej.
Korzystając z zasady Huygensa można wyprowadzić empiryczne prawo załamania
(zad.+spr.1), a także wniosek, że długość fali świetlnej n w ośrodku materialnym zależy od
współczynnika załamania n tego ośrodka
v
n
(1)
n
c
gdzie
jest długością fali świetlnej w próżni. Natomiast częstość światła w ośrodku
materialnym jest taka sama jak w próżni
v
c/n c
fn
f
(2)
n / n
a więc kiedy fala świetlna wchodzi do innego ośrodka jej barwa nie ulega zmianie.
Z równania (1) wynika ważny wniosek: różnica faz pomiędzy dwiema falami może ulec
zmianie, jeśli fale te rozchodzą się w dwóch ośrodkach o różnych współczynnikach
załamania. Taka zmiana różnicy faz może być odpowiedzialna za efekty interferencji w
określonym punkcie ośrodka (rys. 2)
1
Rys.2 Dwie fale rozchodzące się w ośrodku o współczynniku
załamania n1 mają początkowo zgodne fazy. Fala 2 przechodzi
przez warstwę ośrodka o współczynniku załamania n2n1.
Długość fali w warstwie ulega skróceniu. Na skutek tego po
wyjściu z warstwy fazy fal są przeciwne.
1
Przykład (zad. 1)
Żółte światło lampy sodowej ma w powietrzu długość fali 589 nm. a) Ile wynosi jego częstość
b) Ile wynosi długość fali tego światła w szkle o współczynniku załamania 1,5? c) Oblicz
prędkość rozchodzenia się tego światła w szkle
Zakładamy, że współczynnik załamania powietrza wynosi 1 (w rzeczywistości
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)