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


Subtitrările slide-urilor:

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 tratată ca o undă electromagnetică.

Recenzie Ce știi despre undele electromagnetice? Câmp electromagnetic care se propagă în spațiu. Viteza în vid este cea mai mare.

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

interferența undelor mecanice ale sunetului luminii

Undele care au aceeași frecvență și diferență de fază constantă se numesc coerente.

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

Condiții pentru maxime și minime de interferență Condiție maximă Se observă o bandă luminoasă d 2 , d 1 traseul geometric al 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 căile 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 de cale a două unde care excită oscilațiile în acest punct este egală cu o număr impar de semilungimi de undă

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

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

Interferența luminii Undele luminoase din diferite surse (cu excepția unui laser) sunt incoerente Coerența se realizează prin împărțirea luminii dintr-o sursă în părți.Interferența luminii este fenomenul de suprapunere a fasciculelor de lumină, care are ca rezultat un model de dungi alternante luminoase și întunecate.

Experiența clasică a lui Jung „Am făcut o mică gaură în obloanele ferestrei și am acoperit-o cu o bucată de hârtie groasă, pe care am străpuns-o cu un ac subțire. Pe calea razelor de soare am așezat o fâșie de hârtie de aproximativ o treizeci de inch lățime 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. Franjele de interferență au dispărut, deși au rămas franjele de difracție. Această experiență a demonstrat în mod 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 formează în moduri diferite, sunt capabile atât să se amplifice, cât și să se anuleze reciproc - să interfereze.

Model de interferență: franjuri luminoase și întunecate alternante Experimentul lui Young clasic Undele interferează în regiunea de suprapunere Condiție max: Condiție min: d- diferență de cale optică - lungime 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 510-480 540-480 540-604-604-604-608-536 verde 450-380 667-789 Studiind franjuri de interferență, Jung a fost primul care a determinat lungimea și frecvența undelor luminoase de diferite culori. Valorile moderne sunt date în tabel.

Cu ajutorul teoriei sale de interferență, Jung a reușit pentru prima dată să explice fenomenul binecunoscut - colorarea multicoloră a peliculelor subțiri (filme de ulei pe apă, bule de săpun, aripi de libelulă ...)

Interferența în pelicule subțiri Undele de lumină coerente reflectate de pe suprafețele de sus și de jos interferează. grosimea filmului nu este aceeași și maximele de interferență pentru undele de lungimi diferite sunt observate în diferite locuri ale filmului

inelele lui Newton. Undele 1 și 2 sunt coerente. Unda 1 este reflectată de interfața sticlă-aer Valul 2 este reflectată de interfața aer-sticlă Modelul de interferență apare în spațiul de aer dintre plăcile de sticlă

Mulțumesc pentru atenție D.Z. §67-69


Proprietățile undei ale luminii: interferență, difracție, polarizare Undele luminoase sunt considerate prin natura lor drept unde electromagnetice, care au 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 precum 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 se propagă independent unele de altele. Cu toate acestea, în acele locuri în care unele fluctuații sunt suprapuse altor fluctuații, amplitudinile lor se adună vectorial. În acest caz, se poate observa atât o creștere a intensității luminii (când se suprapun unde cu faze identice), cât și o scădere 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 amplificare și atenuare 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 în moduri diferite. Una dintre ele este prezentată în imagine. Se arată aici cum, folosind un ecran E 1 cu două fante înguste, se obțin două coerente dintr-o sursă de lumină S. Modelul de interferență sub formă de dungi alternante luminoase și întunecate este observat pe ecranul E 2.

Modelele de interferență pot fi observate pe filmele subțiri de ulei de pe suprafața apei, bule de săpun, aripi de libelule, culori de nuanță pe suprafața metalică 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 suprafețelor lustruite, pentru a determina coeficientul de dilatare al corpurilor la încălzire etc. Există dispozitive speciale - interferometre concepute pentru a măsura lungimi ai corpurilor, indici de refracție 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, anumite condiții: fie dimensiunile obstacolelor (sau găurilor) trebuie să fie foarte mici, fie distanța de la obstacol până la modelul observat trebuie să fie mare. Să luăm calea razelor dintr-o sursă punctiformă de lumină S, să punem o barieră cu o gaură foarte mică de diametru d, 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 colorate care înconjoară o sursă de lumină văzută 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 lățime egală. Cel mai simplu grătar de difracție poate fi realizat dintr-o placă de sticlă pe care se aplică zgârieturi paralele cu un tăietor de diamant cu goluri intacte între ele (fante). Distanța dintre fante adiacente se numește perioada sau constanta rețelei d (Fig.).

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

Evident, oscilațiile în punctul P îl vor întări pe celălalt dacă diferența de fază a fasciculelor este egală cu 0 sau diferă cu 2π, ceea ce corespunde cu: unde k = 0, 1, 2, 3. . . Atunci condiția de observare a maximelor (amplificarea oscilațiilor) 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 radiază independent unul de celălalt, orientarea spațială a vectorilor E ai undelor diferiților atomi este arbitrară. O astfel de lumină se numește naturală (Fig. a) Un fascicul în care oscilațiile vectorului E apar 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 transformată în polarizare folosind dispozitive numite polarizatoare. La cădere lumina naturala la interfața dintre medii cu indici diferiți de refracție, fasciculele reflectate și refractate sunt întotdeauna polarizate.


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


Model stabil de alternanță a maximelor și minimelor de fluctuații ale punctelor din mediu atunci când undele coerente sunt suprapuse Undele coerente sunt unde de aceeași frecvență cu o diferență de fază constantă Interferență Întâlnim destul de des fenomene de interferență: colorare irizată a petelor de ulei pe asfalt, colorare a geamurile înghețate, modelele de culori bizare pe aripi, niște fluturi și gândaci sunt toate manifestări ale interferenței luminii.


Difracția În fenomenul de difracție, lumina complexă este descompusă. Pozițiile maximelor și minimelor care compun modelul de difracție depind de lungimea de undă a luminii. Prin urmare, atunci când se observă în lumină complexă, de exemplu, în alb, unde sunt reprezentate diferite lungimi de undă, 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 cu suficientă acuratețe doar dacă dimensiunile obstacolelor sunt mult mai mari decât lungimea de undă. de lumina. Difracția impune o limită rezoluției instrumentelor optice: - la microscop, la observarea unor obiecte foarte mici, imaginea este neclară; la telescop, la observarea stelelor, în loc de imaginea unui punct, obținem un sistem de lumină și dungi întunecate.


Dispersia Dispersia undelor - diferența dintre vitezele de fază ale undelor în funcție de frecvența acestora. Dispersia undelor duce la faptul că o perturbare a undelor de 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.


Disperossia 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 cauzate de dispersie, este una dintre imaginile cheie ale culturii și artei. Datorită dispersiei luminii, se poate observa culoarea „joc de lumină” pe fațetele unui diamant și a altor obiecte sau materiale fațetate transparente. Într-o oarecare măsură, efectele irizate se găsesc destul de des atunci când lumina trece prin aproape orice obiect transparent. În artă, ele pot fi special amplificate, subliniate.



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 un spațiu subțire. Slotul va lăsa să treacă doar acele vibrații 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 obține lumină polarizată liniar este să treacă lumina naturală printr-un polaroid (filtru de polarizare), care trece liber componenta luminii polarizate de-a lungul direcției selectate și absoarbe complet lumina cu polarizare perpendiculară. Dacă o undă polarizată liniar cade pe un astfel de polaroid, 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 prin starea de polarizare a unui fascicul 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 interfața media. Relația dintre constantele optice ale stratului și parametrii luminii polarizate eliptic se stabilește pe baza formulelor Fresnel. Pe baza principiilor elipsometriei, metode pentru studiile sensibile fără contact ale suprafeței unui lichid sau solide, procese de adsorbție, coroziune etc.



„Refracția luminii” - Refracția luminii în diferite lichide și sticlă. Cursul razelor de lumină Razele de lumină și principiul lui Fermat. Locul tuturor acestor focare de snopi nehomocentrici se numește caustic. Mercur a fost turnat pe folie, care a format un amalgam cu staniu. caracteristicile luminii. Un set de raze de lumină din apropiere poate fi considerat un fascicul de lumină.

„Propagarea luminii” - Calea razelor într-o lentilă subțire. Dispozitive optice. 2. Un fascicul de lumină cade pe suprafața apei la un unghi de 300 față de orizont. If imagine: -imaginar f< 0 -действительное f >0 Dacă lentila este: - F convergent > 0 - F divergent< 0. D - расстояние от предмета до линзы. Линзы. Образование тени и полутени.

„Physics Mirage” – Iată unul dintre tablourile care pot fi văzute. Interpret: elevul de clasa a IX-a Remeshevsky Vitali Sergeevich. Astigmatism. Iluzii mixte. Levitarea. Conducător: profesor de fizică Tatyana Gennadievna Dolmatova. Natural, sau creat de natură (de exemplu, un miraj); Schimbați. Rezultatul sunt două imagini.

„Difracția luminii” - Planul de lecție: Rețelele de difracție sunt folosite pentru a descompune radiația electromagnetică într-un spectru. Difracția undelor mecanice. Condiții pentru coerența undelor luminoase. Astfel, unda după trecerea 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. Iar cercurile, la urma urmei, sunt complet nemișcate. păcat? /păcat? = n1 / n2. Prin urmare, observatorul vede imaginea distorsionată. Legea refracției luminii. Concluzie: 90% din informații ajung la creier prin ochi. Am aflat că legile opticii sunt descrise folosind funcții trigonometrice.

„Interferență și difracție” - Fresnel Biprism. 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. Iluminarea opticii n (filme)

În total sunt 7 prezentări în subiect