Механіка
Елементи СТВ
Молекулярна фізика та термодинаміка
Електродинаміка
- Електричне поле
- Постійний електричний струм
- Електричний струм в різних середовищах
- Магнітне поле
- Електромагнітна індукція
Електромагнітні коливання і хвилі
Оптика
Атомна та ядерна фізика
20.1. ДИСПЕРСІЯ СВІТЛА. СПЕКТРОСКОП
20.3. ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА
20.2. ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА
Інтерференція – явище накладання хвиль, унаслідок якого в певних точках простору спостерігається стійке в часі посилення або послаблення результуючих коливань.
Оскільки світло має електромагнітну природу, то при поширенні світлової хвилі в кожній точці простору, де поширюється хвиля, відбувається періодична зміна напруженості та магнітної індукції електромагнітного поля.
Якщо через деяку точку простору поширюються дві світлові хвилі, то напруженості полів векторно додаються. Результуюча напруженість характеризуватиме світлову енергію, що надходить в дану точку. Так само додаються і вектори магнітної індукції.
У випадку, коли напрямки напруженостей полів двох світлових хвиль збігаються, результуюча напруженість збільшується, і в точці спостерігається максимальне збільшення освітленості. І навпаки, коли напруженості полів напрямлені протилежно, результуюча напруженість зменшується, і світло гаситиметься світлом.
Для того щоб в певних точках простору весь час могло відбуватися посилення або послаблення результуючих коливань, необхідне виконання двох умов, які називаються умовами когерентності хвиль:
1) хвилі повинні мати однакову частоту;
2) різниця початкових фаз Δφ цих хвиль має бути постійною.
Хвилі, які відповідають умовам когерентності, називають когерентними хвилями.
Одержати когерентні світлові хвилі можна, якщо пучок світла від одного монохроматичного джерела розділити на два пучки, які спрямовуються різними шляхами, а потім знову збираються.
Умова максимуму: в даній точці простору весь час відбувається посилення результуючих світлових коливань, якщо геометрична різниця ходу двох світлових хвиль, що надходять в цю точку, дорівнює цілому числу довжин хвиль (парному числу півхвиль):
де λ – довжина світлової хвилі у середовищі, k – ціле число.
Умова мінімуму: в даній точці простору весь час відбувається послаблення результуючих світлових коливань, якщо геометрична різниця ходу двох світлових хвиль, що надходять в цю точку, дорівнює непарному числу півхвиль:
Рис. 20.1. Розподілення пучка світла на тонкій прозорій плівці
Із проявами інтерференції світла в природі ми найчастіше зустрічаємось тоді, коли світло падає на тонку прозору плівку (рис. 20.1). Світлова хвиля частково відбивається від зовнішньої поверхні плівки (хвиля 1), частково проходить через плівку і, відбившись від її внутрішньої поверхні, повертається в повітря (хвиля 2). Оскільки хвиля 2 проходить більшу відстань, ніж хвиля 1, то між ними існує різниця ходу. Обидві хвилі когерентні, оскільки створені одним джерелом, тому в результаті їх накладання спостерігається стійка інтерференційна картина. Якщо хвиля 2 відстає від хвилі 1 на парне число півхвиль, то спостерігається посилення світла (максимум інтерференції), якщо на непарне – послаблення (мінімум інтерференції).
Саме інтерференцією світла зумовлений переливчастий колір багатьох комах.
Біле світло поліхроматичне, воно складається з хвиль різної довжини, тому для посилення світла різного кольору потрібна різна товщина плівки. Отже, якщо плівка має різну товщину і освітлюється білим світлом, то вона виявиться райдужно забарвленою (райдужні мильні плівки, райдужна масляна плівка на поверхні води). Крім того, різниця ходу хвиль у тонкій плівці залежатиме від кута падіння світла на плівку (зі збільшенням кута падіння різниця ходу збільшується).
Рис. 20.2. Розподілення пучка світла на повітряному проміжку між лінзою та скляною пластиною
3 інтерференцією світла пов’язана поява інтерференційної картини у вигляді концентричних кілець, що отримали назву кільця Ньютона (рис. 20.2.). Роль плівки у цьому випадку виконує повітряний проміжок між скляною поверхнею лінзи і скляною ж пластиною (рис. 20.2, а). Якщо освітлювати лінзу монохроматичним світлом, то спостерігається чергування світлих і темних кілець (рис. 20.2, в)., причому радіуси кілець залежатимуть від довжини хвилі світла. Якщо ж лінзу освітити білим світлом, то кільця виявляться спектрально забарвленими (рис. 20.2, б).
На практиці інтерференцію використовують для просвітлення оптики; перевірки якості шліфування поверхонь виробів і якості виготовлення лінз; здійснення точних вимірювань; отримання голографічних зображень.