Глава 3. § 48. Интерференция и дифракция света — с. 233
§ 48. Вопрос 1. Какие два взгляда на природу света существовали среди учёных с давних времён?
К концу XVII в. сложились две теории. Корпускулярная теория (Ньютон): свет — это поток частиц (корпускул), движение которых подчиняется законам механики. Волновая теория (Гюйгенс): свет — это волна, распространяющаяся в особой среде (эфире), которая заполняет всё вокруг.
§ 48. Вопрос 2. Какое явление называют интерференцией волн?
Интерференцией называют наложение волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний: в одних точках колебания усиливаются, в других ослабляются.
§ 48. Вопрос 3. При каких условиях можно наблюдать интерференционную картину?
Интерференционная картина возникает, когда налагающиеся волны имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз в каждой точке. Это выполняется, если волны создаются источниками, связанными с одним и тем же колебательным процессом (например, двумя проволочками на одной колеблющейся пластинке).
§ 48. Вопрос 4. В чём заключалась суть опыта Юнга, что этот опыт доказывал и когда был поставлен?
В 1802 г. Томас Юнг направил пучок света от ярко освещённой щели S на непрозрачный экран с двумя узкими параллельными щелями S₁ и S₂. На удалённом экране возникал ряд чередующихся светлых и тёмных полос; если закрывали одну из щелей, тёмные полосы исчезали. Это объясняется интерференцией света от двух щелей и доказывает, что свет обладает волновыми свойствами.
§ 48. Вопрос 5. Что можно сказать о частоте (или длине волны) световых волн разных цветов?
Свету разных цветов соответствуют разные интервалы длин волн и частот; частота обратно пропорциональна длине волны. Самые длинные волны (от 7,6·10⁻⁷ до 6,2·10⁻⁷ м) и самые малые частоты (4,0·10¹⁴ — 4,8·10¹⁴ Гц) у красного света. В ряду красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый длины волн убывают, а частоты возрастают. У фиолетового света λ = 4,5·10⁻⁷ — 3,8·10⁻⁷ м, ν = 6,7·10¹⁴ — 8,0·10¹⁴ Гц.
§ 48. Вопрос 6. Что называют дифракцией?
Дифракцией называют явление огибания волнами препятствий.
§ 48. Вопрос 7. При каких условиях дифракция проявляется наиболее отчётливо?
Дифракция проявляется наиболее отчётливо при встрече волны с препятствием (или отверстием), размеры которого близки к длине волны. Если отверстие намного больше длины волны, волна проходит его почти не изменяясь.
§ 48. Вопрос 8. В каких опытах обнаруживается дифракция световых волн?
Дифракцию света обнаруживают: в опыте Юнга, где пучок света, прошедший первичную щель S, расплывается «веером»; при наблюдении фонаря или лампы сквозь сощуренные ресницы (видна вертикальная полоса света); в опыте Араго, подтвердившем вывод Френеля о светлом пятнышке в центре тени от маленького круглого диска.
§ 48. Вопрос для обсуждения. Каким образом картина чередующихся светлых и тёмных полос на экране могла помочь Юнгу определить длины световых волн?
Положение полос зависит от длины волны: светлая полоса получается там, где волны от двух щелей приходят в одинаковой фазе, а тёмная — там, где в противоположных. Поэтому расстояние между соседними полосами связано с длиной волны, расстоянием между щелями и расстоянием до экрана: чем больше длина волны, тем шире полосы. Измерив ширину полос, расстояние между щелями и расстояние до экрана, Юнг мог вычислить длину световой волны.
§ 48. Вопрос для обсуждения. Пусть интерференционная картина наблюдается в красном свете. Расстояние между щелями в опыте Юнга — 1,4 мм, расстояние до экрана — 2 м, а расстояние между красной полосой в центре экрана и ближайшей к ней красной полосой — 1 мм. Можете ли вы, опираясь на эти данные, оценить длину волны используемого света?
Да, можно. Расстояние между соседними светлыми полосами Δ связано с длиной волны: Δ = λL/d, где d — расстояние между щелями, L — расстояние до экрана. Отсюда λ = Δ·d/L.
λ = 1·10⁻³ м · 1,4·10⁻³ м / 2 м = 7·10⁻⁷ м = 700 нм.
Это значение лежит в интервале длин волн красного света (6,2·10⁻⁷ — 7,6·10⁻⁷ м).
Ответ: λ ≈ 7·10⁻⁷ м.
Оговорка: формула Δ = λL/d в тексте параграфа не приводится; она получается из геометрии опыта при d много меньше L.
λ = 1·10⁻³ м · 1,4·10⁻³ м / 2 м = 7·10⁻⁷ м = 700 нм.
Это значение лежит в интервале длин волн красного света (6,2·10⁻⁷ — 7,6·10⁻⁷ м).
Ответ: λ ≈ 7·10⁻⁷ м.
Оговорка: формула Δ = λL/d в тексте параграфа не приводится; она получается из геометрии опыта при d много меньше L.