Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
1 калі восі перпендыкулярныя адна адной, святло не праходзіць зусім (рыс. 136, в). Яно поўнасцю
146
паглынаецца другім крышталём. Як гэта можна растлумачыць?
Папярочнасць светлавых хваль.
3 апісаных вышэй доследаў вынікаюць два факты: папершае, светлавая хваля, што ідзе ад крыніцы святла, поўнасцю сіметрычная адносна напрамку распаўсюджвання (прывярчэнні крышталя вакол праменя ў першым доследзе інтэнсіўнасць не мянялася), і, падругое, што хваля, якая выйшла з першага крышталя, не ўладае восевай сіметрыяй (у залежнасці ад павароту другога крышталя адносна праменя атрымліваецца тая ці іншая інтэнсіўнасць прайшоўшага святла).
Падоўжныя хвалі ўладаюць поўнай сіметрыяй у адносінах да напрамку распаўсюджвання (ваганні адбываюцца ўздоўж гэтага напрамку, і ён з’яўляецца воссю сіметрыі хвалі). Таму рас
тлумачыць дослед з вярчэннем другой пласцінкі, лічачы светлавую хвалю падоўжнай, немагчыма.
Поўнае тлумачэнне доследу можна атрымаць, зрабіўшы два дапушчэнні.
Першае дапушчэнне адносіцца да самога святла. Святло — папярочная хваля. Але у падаючым ад звычайнай крыніцы пучку хваль прысутнічаюць ваганні розных напрамкау, перпендыкулярных да напрамку распаўсюджвання хваль (рыс. 137).
Згодна з гэтым дапушчэннем светлавая хваля ўладае восевай сіметрыяй і з’яўляецца ў той жа час папярочнай. Хвалі, напрыклад, на паверхні вады такой сіметрыяй не ўладаюць, паколькі ваганні часцінак вады адбываюцца толькі ў вертыкальнай плоскасці.
Светлавая хваля з ваганнямі па ўсіх напрамках, перпендыкулярных да напрамку распаўсюджвання, называецца натуральнай. Такая назва апраўдана, паколькі ў звычайных умовах крыніцы святла ствараюць іменна такую хвалю. Дадзенае дапушчэнне тлумачыць вынік першага доследу. Вярчэнне крышталя турмаліну не мяняе інтэнсіўнасць прайшоўшага святла, паколькі падаючая хваля ўладае восевай сіметрыяй (нягледзячы на тое што яна папярочная).
Другое дапушчэнне, якое неабходна зрабіць, належыць да крышталя. Крышталь турмаліну ўладае здольнасцю прапускаць светлавыя хвалі з ваганнямі, што ляжауь у адной пэўнай плоскасці (плоскасць Р на рысунку 138). Такое святло называецца
147
Рыс. 137
Рыс. 138
палярызаваным або, дакладней, плоскапалярызаваным, у адрозненне ад натуральнага святла, якое можа быць названа таксама непалярызаваным. Гэта дапушчэнне поўнасцю тлумачыць вынікі другога доследу. 3 першага крышталя выходзіць плоскапалярызаваная хваля. Пры скрыжаваных крышталях (вугал паміж восямі 90°) яна не праходзіць скрозь другі крышталь. Калі восі складаюць паміж сабой некаторы вугал, адрозны ад 90°, то праходзяць ваганні, амплітуда якіх роўна праекцыі амплітуды хвалі, якая прайшла праз першы крышталь, на напрамак восі другога крышталя.
Такім чынам, крышталь турмаліну палярызуе святло, г. зн. пераўтварае натуральнае святло ў плоскапалярьізаванае.
Механічная мадэль доследаў з турмалінам. Няцяжка пабудаваць простую наглядную механічную мадэль разглядаемай з’явы. Можна стварыць папярочную хвалю ў гумавым шнуры так, каб ваганні хутка мянялі свой напрамак у прасторы. Гэта аналаг натуральнай светлавой хвалі. Прапусцім цяпер шнур праз вузкую драўляную скрынку (рыс. 139). 3 ваганняў розных напрамкаў скрынка «вылучае» ваганні ў адной пэўнай плоскасці. Таму са скрынкі выходзіць палярызаваная хваля.
Калі на яе шляху ёсць яшчэ адна зусім такая ж скрынка, але павернутая адносна першай на 90°, то ваганні праз яе не праходзяць. Хваля цалкам гасіцца.
Паляроіды. He толькі крышталі турмаліну здольныя палярызаваць святло. Такой жа ўласцівасцю, напрыклад, уладаюць так званыя паляроіды. Паляроід уяўляе сабой тонкую (0,1 мм) плёнку крышталёў герапатыту, нанесеную на цэлулоід або шкляную пласцінку. 3 паляроідам можна прарабіць тыя ж доследы, што і з крышталём турмаліну. Перавага паляроідаў у тым, што можна ствараць вялікія паверхні, якія палярызуюць святло.
148
Да недахопаў паляроідаў належыць фіялетавае адценне, якое яны надаюць беламу святлу.
Прамымі доследамі даказана, што светлавая хваля з’яўляецца папярочнай. У палярызаванай светлавой хвалі ваганні адбываюцца ў пэўна вызначаным напрамку.
Чым адрозніваецца натуральнае святло ад палярызаванага?
§ 52. ПАПЯРОЧНАСЦЬ СВЕТЛАВЫХ ХВАЛЬ
1 ЭЛЕКТРАМАГНІТНАЯ ТЭОРЫЯ СВЯТЛА
Электрамагнітная тэорыя святла пачынаецца з работ Максвела. Максвел чыста тэарэтычна паказаў (гл. § 29) магчымасць існавання электрамагнітных хваль, а таксама знайшоў, што скорасць распаўсюджвання гэтых хваль у вакууме павінна быць роўна скорасці святла, якая к таму часу ўжо была вядомая.
У аснове электрамагнітнай тэорыі святла ляжыць факт супадзення скорасці святла са скорасцю распаўсюджвання электрамагнітных хваль.
Акрамя таго, з тэорыі Максвела непасрэдна вынікае, што электрамагнітныя хвалі з’яўляюцца папярочнымі. К таму часу папярочнасць светлавых хваль ужо была даказана эксперыментальна. Таму Максвел абгрунтавана лічыў папярочнасць электрамагнітных хваль яшчэ адным важным доказам справядлівасці электрамагнітнай тэорыі святла.
Пасля таго як Герц эксперыментальна атрымаў электрамагнітныя хвалі і вымераў іх скорасць, электрамагнітная тэорыя святла атрымала першае эксперыментальнае пацверджанне. Было даказана, што электрамагнітныя хвалі пры сваім распаўсюджванні выяўляюць тыя ж уласцівасці, што і светлавыя: адбіццё, праламленне, інтэрферэнцыю, палярызацыю і інш. (гл. § 35). У канцы XIX ст. было канчаткова ўстаноўлена, што светлавыя хвалі ўзбуджаюцца зараджанымі часціцамі, што рухаюцца ў атамах.
3 прызнаннем электрамагнітнай тэорыі святла паступова зніклі ўсе цяжкасці, звязаныя з неабходнасцю ўвядзення гіпатэтычнага асяроддзя — эфіру, які прыходзілася разглядаць як цвёрдае цела. Светлавыя хвалі — гэта не механічныя хвалі ў асобым усёпранікальным асяроддзі — эфіры, а хвалі электрамагнітныя. Электрамагнітныя ж працэсы падпарадкоўваюцца не законам механікі, а сваім уласным законам. Гэтыя законы і былі ўстаноўлены ў канчатковай форме Максвелам.
У электрамагнітнай хвалі вектары Е і В перпендыкулярныя адзін аднаму (гл. раздзел 4). У натуральным святле ваганні напружанасці электрычнага поля Е і магнітнай індукцыі В адбы
149
ваюцца па ўсіх напрамках, перпендыкулярных напрамку распаўсюджвання хвалі. Калі святло палярызавана, то ваганні як
Е, так і В адбываюцца не па ўсіх напрамках, а ў дзвюх пэўных плоскасцях. Электрамагнітная хваля, паказаная на рысунку 65, з’яўляецца палярызаванай.
Узнікае натуральнае пытанне: калі ішла гаворка аб напрамку ваганняў у светлавой хвалі, то, уласна кажучы, ваганні якога вектара — Е ці В — меліся на ўвазе? Спецыяльна пастаўленыя доследы даказалі, што на сятчатку вока або фотаэмульсію дзейнічае іменна электрычнае поле светлавой хвалі.
У сувязі з гэтым за напрамак ваганняў у светлавой хвалі прыняты напрамак вектара напружанасці Е электрычнага поля.
Адкрыццё электрамагнітнай тэорыі святла — адно з нямногіх адкрыццяў, зробленых «на кончыку пяра», г. зн. тэарэтычна. Але перакананасць у справядлівасці электрамагнітнай тэорыі стала ўсеагульнай пасля яе эксперыментальнага пацверджання.
ПРЫКЛАДЫ РАШЭННЯ ЗАДАЧ
1. У доследзе Юнга па дыфракцыі адлегласць паміж шчылінамі d = 0,07 мм, а адлегласць ад двайной шчыліны да экрана 0 = 2 м. Пры асвятленні прыбора зялёным святлом адлегласць паміж суседнімі светлымі дыфракцыйнымі палосамі аказалася роўнай ДЛ=16 мм. Вызначце па гэтых даных даўжыню хвалі.
Рашэнне. У некаторым пункце С экрана (рыс. 140) будзе назірацца максімум асветленасці пры выкананні ўмовы
d2 — d\ = kK, дзе k = 0, 1, 2, ...— цэлыя лікі.
Прыменім тэарэму Піфагора да трохвугольнікаў S\CE і S2CB: d2 — D2 \ (hk 4 у ^ , tf = D2 + (hk^.
Адымаючы пачленна з першай роўнасці другую, атрымаем:
с d2 —d2— 2hkd, a6o(di{d2\d2 — di)= = 2hkd.
е^к Паколькі d^D, to d\+d2^2D. JJ Значыць,
d2d\X 75.
150
Улічваючы, што d?— d\ = kk, можам запісаць:
k\^
htd
D ■
Адсюль знаходзім адлегласць &й светлавой паласы ад цэнтра экрана:
hk
kW d
Адлегласць паміж суседнімі палосамі роўна
tsh = hk+i — hk^ —j.
Адсюль
X « —a 5,6 • 10 5 cm.
2. Ha дыфракцыйную рашотку, якая мае 500 штрыхоў на міліметр, падае плоская монахраматычная хваля (Х = 510~5 см). Вызначце найбольшы парадак спектра k, які можна назіраць пры нармальным падзенні праменяў на рашотку.
Рашэнне. Максімальнаму k адпавядае sin
КНІГІ ОНЛАЙН
