3.6.10 Интерференция света. Когерентные источники. Условия наблюдения максимумов и минимумов в интерференционной картине от двух синфазных когерентных источников
Взаимодействие световых волн
Для упрощения рассмотрения процессов взаимодействия нескольких световых волн, рассмотрим две волны. Рассматриваемые нами процессы могут происходить с любыми существующими волнами (светом, электромагнитными, механическими и др.).
Все превращения, которые происходят в результате наложения волн, наблюдаются в результате сложения их характеристик (амплитуды, фазы и др.).
Если накладываются две волны с одинаковыми фазами, то они соединяются в одну, с большей амплитудой.
Если же волны приходят в противофазе, то происходит постоянное гашение максимума минимумом, в результате чего волна выравнивается в ноль.
Когерентность
Когерентные волны — волны, имеющие одинаковую фазу и постоянную разность фаз (как на картинках выше)
Условия max и min
Кроме перечисленных выше физических величин, важна разность хода.
Для указанных когерентных волн, разностью хода будет разность между отрезками S1P и S2P.
Как можно заметить на рисунке, разность хода между волнами равна длине одной волны — одна имеет три полных длины волны, а вторая — четыре. В точке Р данные волны складываются вместе, а так как мы знаем, что подобное сложение приводит к увеличению амплитуды, то говорят, что наблюдается интерференционный максимум.
Условие максимума: Разность хода волн равна целому числу волн.
Теперь же рассмотрим иную ситуацию сложения двух когерентных волн:
В данном случае фазы отличаются на одинаковое значение, волны находятся в противофазе.
В таком случае наблюдается интерференционный минимум.
Условие минимума: Разность хода равна некоторому количеству полуцелых длин волн.
Интерференция
В результате того, что в некоторых местах наложения волн наблюдается максимум, а в некоторых минимум, появляется интерференционная картина. Однако стоит заметить, что данное явление справедливо только для когерентных волн.
На рисунке изображена интерференция от двух когерентных источников. Как можно заметить на рисунке. Нет конкретного разделения черных и белых полос, существуют промежуточные значения, которые рассматриваются серым цветом. То же можно наблюдать и в результате двух малых источников света — на экране мы будем видеть плавные переходы от черного до белого цвета. Белый — максимум, черный — минимум.
Интерференция в тонких пленках
Все мы наблюдали ситуацию, когда свет, преломляясь на мыльном пузыре, приобретает радужную окраску. Все это происходит в результате интерференции.
Представим себе тонкую прозрачную среду, на которую попадает луч. Как мы знаем, он отражается от нее и преломляется. Как можно заметить, в результате данного процесса выходят два луча. А так как они выпущены от одного источника, то они интерферентны, но с разностью хода. В результате данной разницы хода, белый цвет будет разделяться на цвета радуги, и в зависимости от толщины пленки, выходить будет какой-то один.
Ту же ситуацию можно наблюдать и при соприкосновении стеклышка и линзы.
Е
максимумы:
минимумы:
3.6.11 Дифракция света. Дифракционная решётка
Дифракция света
Волны могут огибать препятствия, имеющиеся на пути.
Дифракция — это процесс, при котором волна меняет свою траекторию движения, в результате появившегося на пути препятствия.
Аналогичная картина возможна, когда широкая река перетекает в некоторую часть через узкое отверстие. Волны от отверстия начнут распространяться во всех направлениях.
В центре имеется самое яркое пятно — оно, обычно, находится напротив отверстия, а вокруг наблюдаем волны, образованные источником света в результате огибания препятствия.
Дифракционная решётка — приспособление, имеющее большое количество преград, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Получить её достаточно просто. Для этого необходимо взять тонкую ткань и взглянуть через нее на свет. Свет огибает небольшие преграды, и позволяют отчетливо наблюдать за происходящим.
Дифракционная решетка характеризуется шириной щелей, промежутков между ними, а также периодом решетки, равным сумме ширины щелей и промежутков:
Условие максимумов для дифракционной решетки:
Условие минимумом:
В данной формуле все величины Вам знакомы, кроме угла — это угол падения света.
Белый свет
До этого момента мы рассматривали, как ведет себя монохроматический свет. Но что же будет в случае, когда свет будет белым, то есть состоящий из всех цветов радуги? Данную картину мы наблюдаем с Вами постоянно, когда смотрим на каплю бензина, на компакт диск. В данном случае белый свет разделится на все цвета радуги.
Условие наблюдения главных максимумов при нормальном падении монохроматического света с длиной волны λ на решётку с периодом d:
3.6.12 Дисперсия света
Дисперсия — это процесс, при котором белый цвет разделяется в спектр, в случае специальных условий.
