Pentru a utiliza previzualizările prezentării, creați-vă un cont ( cont) Google și conectați-vă: https://accounts.google.com


Subtitrările diapozitivelor:

Interferența undelor mecanice și a luminii. Profesor de fizică S.V Gavrilova

Optica undelor Optica undelor este o ramură a opticii în care lumina este considerată o undă electromagnetică.

Repetiție Ce știi despre undele electromagnetice? Un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu. Viteza în vid este cea mai mare.

Revizuire Enumerați proprietățile undelor electromagnetice. Sunt reflectate; Legea propagării rectilinie este îndeplinită; Refractat, reflectat, absorbit; Plan polarizat; Interferență și difracție;

interferența undelor mecanice de lumină și sunet

Undele care au aceleași frecvențe și o diferență de fază constantă se numesc coerente.

Fenomenul de interferență este posibil dacă suprapunerea undelor coerente Unde coerente Întărirea sau slăbirea undelor în spațiu Fenomenul constant în timp de amplificare reciprocă și slăbire a oscilațiilor în diferite puncte ale mediului ca urmare a suprapunerii undelor coerente se numește interferență. Condiții de interferență

Condiții de maximă și minimă de interferență Condiție maximă Se observă o bandă de lumină d 2, d 1 cale geometrică a razelor; d=d 2 -d 1 diferență de cale geometrică - diferența de distanțe de la sursele de undă până la punctul de interferență a acestora; Δ d = d∙n - diferența de drum optic – diferența de cale geometrică înmulțită cu indicator relativ refractia mediului. Condiție maximă Condiție max - amplitudinea oscilațiilor particulelor mediului într-un punct dat este maximă dacă diferența dintre traseele a două unde care excită oscilații la un punct dat este egală cu un număr întreg de lungimi de undă.

Condiții pentru maxime și minime de interferență Condiție minimă Condiție minimă Se observă o bandă întunecată Condiția min - amplitudinea oscilațiilor particulelor mediului într-un punct dat este minimă dacă diferența dintre traseele a două unde care excită oscilațiile în acest punct este egală cu un număr impar de semilungimi de undă

Distribuția energiei în timpul interferenței Undele transportă energie În timpul interferenței, energia este redistribuită Concentrată în maxime, nu intră în minime

Istoria descoperirii interferenței luminii Fenomenul interferenței luminii a fost descoperit în 1802, când englezul T. Young, medic, astronom și orientalist, om cu interese foarte diverse, a condus acum clasicul „experiment cu două găuri”. ”. 13 iunie 1773 – 10 mai 1829

Interferența luminii Undele de lumină din diferite surse (cu excepția laserelor) sunt incoerente. Coerența se realizează prin împărțirea luminii dintr-o sursă în părți. și dungi întunecate.

Experimentul clasic al lui Jung „Am făcut o mică gaură într-un obloane și am acoperit-o cu o bucată de hârtie groasă, pe care am străpuns-o cu un ac subțire. Am așezat o fâșie de hârtie de aproximativ o treizeci de inch lățime în calea razei soarelui și i-am observat umbra fie pe perete, fie pe un ecran în mișcare. Lângă dungile colorate de pe fiecare margine a umbrei, umbra în sine era împărțită prin dungi paralele identice de dimensiuni mici, numărul dungilor depindea de distanța la care era observată umbra, centrul umbrei rămânea întotdeauna alb. Aceste dungi au fost rezultatul conexiunii unor părți ale fasciculului de lumină care au trecut pe ambele părți ale benzii și s-au înclinat, mai degrabă difractate, în regiunea umbră.” T. Jung a dovedit corectitudinea acestei explicații prin eliminarea uneia dintre cele două părți ale fasciculului. Franjurile de interferență au dispărut, deși au rămas franjele de difracție. Acest experiment a dovedit clar că lumina nu este un flux de particule, așa cum se credea încă de pe vremea lui Newton, ci un val. Numai undele, care se pliază în moduri diferite, sunt capabile atât să se amplifice, cât și să se anuleze reciproc - interferând.

Model de interferență: dungi luminoase alternante și întunecate Experimentul clasic Young Undele interferează în regiunea de suprapunere Condiție max: Condiție min: d - diferența optică în calea undei - lungimea de undă

culoare Lungime de undă, nm Frecvență, THz roșu 760-620 385-487 Portocaliu 620-585 484-508 galben 585-575 508-536 verde 575-510 536-600 albastru 510-480 540-480 540-604-604-604-536 verde 450-380 667-789 Studiind franjuri de interferență, Young a determinat mai întâi lungimea și frecvența undelor luminoase de diferite culori. Valorile curente sunt date în tabel.

Cu ajutorul teoriei sale de interferență, Jung a putut explica pentru prima dată un fenomen binecunoscut - colorarea multicoloră a peliculelor subțiri (filme de ulei pe apă, bule de săpun, aripi de libelule...)

Interferența în pelicule subțiri Undele de lumină coerente reflectate de pe suprafețele de sus și de jos interferează Rezultatul interferenței depinde de grosimea filmului, de unghiul de incidență a razelor și de lungimea de undă a luminii culoarea curcubeului deoarece grosimea filmului nu este aceeași și se observă maxime de interferență pentru unde de lungimi diferite în diferite locuri ale filmului

inelele lui Newton. Undele 1 și 2 sunt coerente. Unda 1 este reflectată de la limita sticlă-aer. Unda 2 este reflectată de la limita aer-sticlă

Vă mulțumim pentru atenție D.Z. §67- 69


Proprietățile undei ale luminii: interferență, difracție, polarizare Undele luminoase sunt considerate prin natura lor a fi unde electromagnetice, având toate proprietățile lor. Optica undelor este o ramură a opticii care explică fenomenele optice bazate pe natura ondulatorie a luminii. Optica undelor descrie fenomene optice cum ar fi interferența, difracția, polarizarea și dispersia.

Interferența luminii Undele electromagnetice, ca și undele mecanice, au principiul suprapunerii, adică dacă mai multe unde se propagă simultan într-un mediu, atunci ele se propagă independent unele de altele. Totuși, în acele locuri în care unele oscilații sunt suprapuse altor oscilații, amplitudinile acestora sunt adăugate vectorial. În acest caz, se poate observa atât o creștere a intensității luminii (când se suprapun unde cu aceleași faze), cât și o slăbire a intensității (când se adaugă unde cu faze opuse). Acest fenomen se numește interferență luminoasă. Interferența luminii este adăugarea a două sau mai multe unde, în urma cărora se observă un model stabil de intensificare și slăbire a vibrațiilor luminii în diferite puncte din spațiu. Numai undele coerente pot interfera, adică undele care au aceeași frecvență și o diferență de fază constantă în timp. Nu există surse coerente în natură, dar pot fi obținute căi diferite. Una dintre ele este prezentată în figură. Se arată aici cum, folosind un ecran E 1 cu două fante înguste, se obțin două coerente dintr-o sursă de lumină S. Pe ecranul E 2 se observă un model de interferență sub formă de dungi alternative luminoase și întunecate.

Modelele de interferență pot fi observate pe peliculele subțiri de ulei de pe suprafața apei, pe bulele de săpun, pe aripile de libelule și pe suprafața unui metal după încălzire. Fenomenul de interferență în pelicule subțiri este utilizat pentru a determina lungimile de undă ale radiațiilor de la sursele de lumină, pentru a controla calitatea prelucrării unei suprafețe lustruite, pentru a determina coeficientul de dilatare a corpurilor atunci când sunt încălzite etc. Există dispozitive speciale - interferometre proiectate să măsoare lungimile corpurilor şi indicilor de refracţie cu mare precizie .

Difracția luminii Difracția este capacitatea undelor de a se îndoi în jurul obstacolelor întâlnite în calea lor, de a se abate de la propagarea rectilinie. Pentru a observa difracția undelor luminoase, aveți nevoie anumite condiții: fie dimensiunea obstacolelor (sau găurilor) trebuie să fie foarte mică, fie distanța de la obstacol până la imaginea observată trebuie să fie mare. Să luăm un obstacol cu ​​o gaură foarte mică de diametru d în calea razelor de la o sursă de lumină punctiformă S, apoi pe ecranul E vom vedea un sistem de inele alternante de lumină și întuneric (cu condiția ca d

Modelele de difracție sunt adesea observate în condiții naturale. De exemplu, inele de culoare care înconjoară o sursă de lumină când sunt privite prin ceață sau geamul aburit sau când priviți o sursă strălucitoare prin gene. Pentru a observa difracția, se folosesc instrumente speciale - rețele de difracție. Un rețele de difracție (unidimensionale) este un sistem de fante paralele, egal distanțate, de aceeași lățime. Cel mai simplu grătar de difracție poate fi realizat dintr-o placă de sticlă pe care se aplică zgârieturi paralele cu un tăietor diamant cu spații intacte între ele (fante). Distanța dintre fante adiacente se numește perioada sau constanta rețelei d (Fig.).

unde a este distanța dintre fantele adiacente, b este lățimea fantei. Diferența de cale Δ a razelor care sosesc într-un punct arbitrar P din două fante adiacente va fi:

Evident, oscilațiile în punctul P se vor spori reciproc dacă diferența de fază a razelor este egală cu 0 sau diferă cu 2π, ceea ce corespunde cu: unde k = 0, 1, 2, 3. . . Atunci condiția de observare a maximelor (oscilații crescute) ale luminii va fi: unde k = 0, 1, 2, 3. . . Datorită difracției, are loc o redistribuire neuniformă a energiei luminoase între maxime. Rețeaua de difracție este dispozitiv spectral. Cu ajutorul acestuia, puteți determina lungimile de undă în spectrele de emisie ale surselor (de exemplu, stele):

Polarizarea luminii După cum se arată mai sus, lumina emisă de majoritatea surselor este o suprapunere a unui număr mare de unde emise de atomi individuali. Deoarece atomii emit independent unul de altul, orientarea spațială a vectorilor de unde E ai diferiților atomi este arbitrară. O astfel de lumină se numește naturală (Fig. a) Un fascicul în care oscilațiile vectorului E apar doar într-o singură direcție (au polaritate) se numește polarizat plan (sau polarizat liniar) (Fig. b). Planul în care oscilează vectorul E se numește plan de oscilație. Planul în care oscilează vectorul H (sau B) se numește plan de polarizare. Unghiul dintre aceste planuri este de 900. Lumina naturală poate fi convertită în lumină polarizată folosind dispozitive numite polarizatoare. La cădere lumina naturala La interfața dintre medii cu indici diferiți de refracție, fasciculul reflectat și refractat sunt întotdeauna polarizate.


Fenomenul de interferență apare atunci când două sau mai multe unde de aceeași frecvență, se propagă în diverse direcții. Mai mult, se observă atât în ​​undele care se propagă în medii, cât și în undele electromagnetice. Adică interferența este o proprietate a undelor ca atare și nu depinde nici de proprietățile mediului, nici de prezența acestuia. Interferență


Un model stabil de alternare a maximelor și minimelor de oscilații ale punctelor din mediu atunci când undele coerente sunt suprapuse. Undele coerente sunt unde de aceeași frecvență cu o diferență de fază constantă. culoarea geamului înghețat, modele colorate fanteziste pe aripi Unii fluturi și gândaci sunt toate manifestări ale interferenței luminii.


Difracția Fenomenul de difracție are loc atunci când lumina complexă este descompusă. Poziția maximelor și minimelor care compun modelul de difracție depinde de lungimea de undă a luminii. Prin urmare, atunci când se observă în lumină complexă, de exemplu în alb, unde sunt reprezentate lungimi de undă diferite, maximele de difracție pentru diferite culori vor fi în locuri diferite.




Difracția Fenomenul de difracție impune restricții în aplicarea legilor opticii geometrice: Legea propagării rectilinie a luminii, legile reflexiei și refracției luminii sunt îndeplinite destul de precis numai dacă dimensiunea obstacolelor este mult mai mare decât lumina. lungime de undă. Difracția impune o limită rezoluției instrumentelor optice: - la microscop, la observarea unor obiecte foarte mici, imaginea se dovedește a fi neclară - la telescop, la observarea stelelor, în loc de imaginea unui punct, obținem un sistem de dungi deschise și întunecate.


Dispersia Dispersia undelor este diferența dintre vitezele de fază ale undelor în funcție de frecvența lor. Dispersia undelor duce la faptul că o perturbare a undei cu o formă arbitrară nearmonică suferă modificări (se dispersează) pe măsură ce se propagă. Uneori, dispersia undelor este înțeleasă ca procesul de descompunere a unui semnal de bandă largă într-un spectru, de exemplu, folosind rețele de difracție.


Dispersia Apus roșu, unul dintre rezultatele descompunerii luminii în atmosfera Pământului. Motivul acestui fenomen este dependența indicelui de refracție al gazelor care formează atmosfera terestră de lungimea de undă a luminii. Curcubeul, ale cărui culori sunt determinate de dispersie, este una dintre imaginile cheie ale culturii și artei. Datorită dispersării luminii, este posibil să observați „jocul de lumină” colorat pe fațetele unui diamant și ale altor obiecte sau materiale fațetate transparente. Într-o măsură sau alta, efectele curcubeului se găsesc destul de des atunci când lumina trece prin aproape orice obiect transparent. În artă ele pot fi intensificate și accentuate în mod specific.



Polarizare O undă polarizată este o undă transversală în care toate particulele oscilează în același plan. O astfel de undă poate fi obținută folosind un cordon de cauciuc dacă în calea sa este plasată o barieră cu o fantă subțire. Slotul va permite doar vibrațiile care apar de-a lungul acestuia.




Legea lui Malus Lumina polarizată liniar poate fi observată, de exemplu, în radiația laser. O altă modalitate de a produce lumină polarizată liniar este să treci lumina naturală printr-un Polaroid (filtru polarizant), care transmite liber componenta luminii polarizate de-a lungul direcției selectate și absoarbe complet lumina cu polarizare perpendiculară. Dacă pe un astfel de polaroid incide o undă polarizată liniar, atunci intensitatea I a luminii transmise va depinde de unghiul a dintre direcția de polarizare a luminii incidente și direcția selectată a polaroidului în sine, după cum urmează: I = I 0 cos 2 a


Elipsometria Elipsometria este un set de metode de studiere a suprafețelor corpurilor lichide și solide bazate pe starea de polarizare a fasciculului de lumină reflectat de această suprafață și refractat pe ea. Lumina polarizată plană incidentă pe suprafață capătă polarizare eliptică la reflexie și refracție datorită prezenței unui strat de tranziție subțire la interfață. Relația dintre constantele optice ale stratului și parametrii luminii polarizate eliptic se stabilește pe baza formulelor Fresnel. Metode pentru studiile sensibile fără contact ale suprafeței unui lichid sau solide, procese de adsorbție, coroziune etc.



„Refracția luminii” - Refracția luminii în diverse lichide și sticlă. Calea razelor de lumină Razele de lumină și principiul lui Fermat. Locul geometric al tuturor acestor focare de grinzi nehomocentrice se numește caustic. Mercur a fost turnat pe folie, care a format un amalgam cu staniu. Caracteristicile luminii. Un set de raze apropiate de lumină poate fi considerat un fascicul de lumină.

„Propagarea luminii” - Calea razelor într-o lentilă subțire. Instrumente optice. 2. O rază de lumină cade pe suprafața apei la un unghi de 300 față de orizontală. Dacă imaginea: -imaginar f< 0 -действительное f >0 Dacă lentila: -convergentă F > 0 -divergente F< 0. D - расстояние от предмета до линзы. Линзы. Образование тени и полутени.

„Fizica mirajelor” - Iată una dintre picturile care pot fi văzute. Interpret: elevul de clasa a IX-a Vitali Sergeevich Remeshevsky. Astigmatism. Iluzii mixte. Levitarea. Șef: profesor de fizică Tatyana Gennadievna Dolmatova. Natural, sau creat de natură (de exemplu, miraj); Schimbați. Rezultatul sunt două imagini.

„Difracția luminii” - Planul de lecție: Rețelele de difracție sunt folosite pentru a separa radiația electromagnetică într-un spectru. Difracția undelor mecanice. Condiții pentru coerența undelor luminoase. Astfel, valul, după ce trece prin fantă, se extinde și se deformează. Experiența lui T. Jung. 1802 Difracția luminii este însoțită de interferență.

„Ochiul uman” - Ce este aurora? De ce vedem uneori lucruri care nu sunt cu adevărat acolo? Zona de formare a curcubeului. Și cercurile, până la urmă, sunt complet nemișcate. păcat? /păcat? = n1 / n2. Prin urmare, observatorul vede imaginea distorsionată. Legea refracției luminii. Concluzie: 90% din informații intră în creier prin ochi. Am aflat că legile opticii sunt descrise folosind funcții trigonometrice.

„Interferență și difracție” - biprismă Fresnel. A) dintr-un fir subțire; b) dintr-o gaură rotundă; c) dintr-un ecran rotund opac. Fiecare punct al suprafeței undei este o sursă de unde sferice secundare. Acoperire optică n (film)

Sunt 7 prezentări în total