Волновая оптика

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию 

Московский  государственный открытый университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Семенова  Виктория Олеговна

Реферат по физике

«Волновая оптика» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2007 г.

Содержание:

1.   Введение

2.   Оптика

     2.1   Волновая оптика

          2.1.1  История развития взглядов на природу света……………………………………5

          2.1.2   Измерение скорости света………………………………………………………...5

          2.1.3   Шкала электромагнитных волн…………………………………………………...8

          2.1.4   Интерференция света…………………………………………………………….10

          2.1.5   Кольца Ньютона…………………………………………………………………..12

          2.1.6   Просветление оптики…………………………………………………………….14

          2.1.7   Дифракция света………………………………………………………………….15

          2.1.8   Рентгеновские лучи……………………………………………………………....19

          2.1.9   Дисперсия света. Спектр. Инфракрасная и ультрафиолетовая

.                    части спектра……………………………………………………………………...21

          2.1.10 Спектроскоп. Виды спектров…………………………………………………....23

          2.1.11 Поляризация света………………………………………………………………..25

3.   Выводы……………………………………………………………………………………...28

4.   Заключение………………………………………………………………………………….29

5.   Список литературы…………………………………………………………………………30 
 
 
 

 

Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось, что из глаз выходят особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Останавливаться подробно на подобных воззрениях сейчас, разумеется, нет нужды.

От источника света, например, лампочки, свет распространяется во все стороны и падает на окружающие предметы, вызывая, в частности, их нагревание. Попадая в глаз, свет вызывает зрительное ощущение мы видим. Можно сказать, что при распространении света происходит передача воздействий от одного тела (источника) к другому (приемнику).

Я выбрала  именно эту тему из всех разделов так  как нахожу изучение световых явлений  очень интересными и увлекательными. 

Оптика  – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска ответа: что такое свет?  
Одна из первых теорий света – теория зрительных лучей – была выдвинута греческим философом Платоном около 400 г. до н. э. Данная теория предполагала, что из глаза исходят лучи, которые, встречаясь с предметами, освещают их и создают видимость окружающего мира. Взгляды Платона поддерживали многие ученые древности и, в частности, Евклид, исходя из теории зрительных лучей, основал учение о прямолинейности распространения света, установил закон отражения.  
В те же годы были открыты следующие факты:

– прямолинейность  распространения света;

– явление  отражения света и закон отражения;

– явление  преломления света;

– фокусирующее действие вогнутого зеркала.

  
Древние греки положили начало отрасли оптики, получившей позднее название геометрической.

Наиболее  интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения  света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Альгазен впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным  
шагом в понимании природы света. В эпоху Возрождения было совершено множество различных открытий и изобретений; стал утверждаться экспериментальный метод, как основа изучения и познания окружающего мира.  
На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений:

– корпускулярная, предполагавшая, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами;  
– волновая, утверждавшая, что свет представляется собой продольные колебательные движения особой светоносной среды – эфира – возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.

Все дальнейшее развитие учения о свете вплоть до наших дней – это история развития и борьбы этих гипотез, авторами которых  были И. Ньютон и Х. Гюйгенс.

 

Основные  положения корпускулярной теории Ньютона:

1) Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи,  

3

состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник.

2) Световые  корпускулы имеют разные размеры.  Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового.  
3) Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

 4) Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара.

5) Явление  преломления света объясняется  тем, что корпускулы притягиваются  частицами среды. Чем среда  плотнее, тем угол преломления  меньше угла падения. 

6) Явление  дисперсии света, открытое Ньютоном  в 1666 г., он объяснил следующим образом. Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму. С точки зрения механической теории, преломления обязано силам со стороны частиц стекла, действующим на световые корпускулы. Эти силы различны для разных корпускул. Они наибольшие для фиолетового и наименьшие для красного цвета. Путь корпускул в призме для каждого цвета будет преломляться по- своему, поэтому белый сложный луч расщепится на цветные составляющие лучи.  
7) Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают "различными сторонами" – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.

Корпускулярная  теория Ньютона удовлетворительно  объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор  пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и вскоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах. 

Основные  положения волновой теории света Гюйгенса.

1) Свет  – это распространение упругих  периодичных импульсов в эфире.  Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе.  
2) Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью.

3) Принцип  распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая  
поверхность – фронт волны.

Чем дальше волновой фронт от источника, тем  более плоским он становится.  
Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения. Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света. Используя свой принцип, ученому удалось объяснить многие явления геометрической оптики:

– явление  отражения света и его законы;

– явление  преломления света и его законы;

– явление  полного внутреннего отражения;

– явление  двойного лучепреломления;

– принцип  независимости световых лучей.

Многие  сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М. Ломоносов и Л. Эйлер. С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире. 

4

Оптика  – раздел физики, изучающий световые явления, выясняющий природу света,

закономерности  его излучения, распространения  и взаимодействие с веществом. 

Волновая  оптика

История развития взглядов на природу света

О природе  света люди задумывались давно. Законы геометрической оптики были известны еще древним грекам. По их представлениям светящееся тело испускало особые частицы – флюиды – попадающие в глаз человека, благодаря чему он видит.

 В  17 веке практически одновременно возникли два противоположных воззрения на природу световых явлений: корпускулярная и волновая теории.

Основоположником  корпускулярной теории света был  Ньютон. Согласно корпускулярной  теории свет представляет собой поток частиц – корпускул, летящий в световом луче прямолинейно и так быстро, что глаз не успевает различить промежутки между ними. Ньютон объяснял отражение света, исходя из закона сохранения импульса корпускул, а преломление света прозрачной средой – притяжением световых корпускул в этой среде. Авторитет Ньютона был чрезвычайно велик, поэтому большинство ученых того времени считали корпускулярную теорию света единственно верной.

Современник Ньютона голландский ученый Христиан Гюйгенс в своем труде «Трактат о свете» разработал иную теорию, согласно которой распространение света представляет собой волновой процесс, возникающий в особой гипотетической сфере – эфире, заполняющем все  мировое пространство. Гюйгенс считал, что световые волны возникают вследствие продольных колебаний частиц эфира.

Острая  борьба между этими двумя теориями продолжались на протяжении столетия. В России Михаил Васильевич Ломоносов в своем труде «Слово о происхождении света» отстаивал и развивал волновую теорию света вопреки господствующим в то время взглядам на свет как на поток корпускул.

К концу 18 века огромное количество опытов, поставленных замечательными экспериментаторами  Томасом Юнгом и Огюстеном  Френелем, подтвердило правоту Гюйгенса. Свету оказались присуще многие явления, свойственные только волновым процессам. Изучение этих явлений показало, что световые волны поперечны. Однако  уже тогда было известно, что поперечные волны могут распространяться лишь в твердых телах. Пришлось приписывать гипотетическому эфиру свойства твердых тел, что однако вызвало еще большие затруднения при попытке связать световые явления с другими физическими явлениями, присущими упругой твердой среде. 
 

И3МЕРЕНИЕ  СКОРОСТИ СВЕТА 

Скорость  света - это фазовая скорость электромагнитных волн светового диапазона. Скорость света в вакууме является фундаментальной физической постоянной, входящей во все уравнения теории относительности и во множество уравнений физики атома и элементарных частиц. По современным представлениям скорость света является максимальной Скоростью передачи любых сигналов, распространения любых видов взаимодействий материальных объектов.