Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Сентября 2013 в 14:23, реферат
В восьмой главе было введено понятие поля, сформулирована концепция близкодействия, принятая в современной физике, и рассмотрены четыре вида взаимодействия, т.е. четыре вида полей. В настоящем разделе мы рассмотрим, что такое принцип суперпозиции, чем описание поля отличается от описания вещества, какие параметры вводятся для описания всех видов полей.
Согласно концепции близкодействия, взаимодействие между телами на расстоянии осуществляется посредством особого состояния материи - поля. Тела или частицы, участвующие в взаимодействии, создают в окружающем их пространстве особое состояние - поле.
В соответствии с принципом Гюйгенса каждую точку на границе двух сред мы можем считать источником вторичных сферических волн. Система симметрична и нам достаточно взять две точки А и В, которые ограничивают фронт падающей волны. Проведем из точки А прямую, перпендикулярную направлению распространения фронта волны AC. Эта прямая совпадает с фронтом волны в момент времени t.
V В
1
Точка С фронта волны достигнет точки B в момент времени tо. Время t- to =CB/V =AB sin( y 1 )/V1 . За время t - to из точки А распространится сферическая волна с радиусом AD = (t -to ) V. Фронт волны во второй среде будет проходить через точку В и будет касателен к сфере радиусом АD. Любая точка отрезка АВ может рассматриваться как источник вторичных сферических волн. За время t - t они распространятся в среде 2 на некоторые расстояния. Касательные к окружностям этих точек и дадут прямую ВD. Во второй среде также распространяется плоская волна.
Поскольку AD = AB sin =V(t - t ) с одной стороны и с другой стороны АВ sin =V ( t - t ) , приравнивая АВ из этих уравнений и сокращая на (t - t ), ïîëó÷àåì óðàâíåíèå преломления волн на границе двух сред:
.
Скорость распространения
.
Подставив это соотношение в уравнение (18.18), получим закон преломления света:
.
Закон преломления света был сформулирован в трудах Архимеда около двух с половиной тысяч лет назад. Наряду с законом прямолинейного распространения света и законом невзаимодействия световых волн, он является одним из основных законов оптики. Подавляющее большинство расчетов оптических систем (очков, биноклей, фотоаппаратов и т.д.) базируется на этих законах.
Значение показателя преломления n можно найти воспользовавшись уравнениями (18.16) и (18.17).
.
В этой формуле e и m - диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, соответственно. Поскольку, для всех оптически прозрачных сред m » 1 (с точностью до трех знаков после запятой), справедливо выражение: .
В заключение раздела рассмотрим явление дисперсии. Проявление его известно с незапамятных времен. Все мы наблюдали радугу в небе после дождя, любовались игрой света в драгоценных камнях. Все эти эффекты связаны с явлением дисперсии. Под явлением дисперсии понимают зависимость скорости распространения волн или коэффициента преломления среды от длины волны или частоты колебаний.
Рассмотрим опыт Ньютона по наблюдении дисперсии света (см. рис. 18.7). Он направлял параллельный пучок белого света на стеклянную призму П и наблюдал его прохождение на стоящем вдали экране Э. Призма преломляет пучок света , но по разному для разных длин волн, и на экране Э наблюдается не одно белое пятно, а спектр, включающий все цвета радуги от синего до красного.
На гранях призмы в соответствии с законом преломления свет преломляется. Коэффициент преломления стекла n различен для разных длин волн, т.е. n = n(l). Показатель преломления для синего света больше, чем для красного, поэтому, в соответствии с законом преломления (18.20) синий свет преломляется сильнее, чем красный.
Рис.18.7.
Кроме красного и синего цветов в естественном свете присутствуют все остальные цвета, и коэффициенты преломления для каждого из них различны. Каждый из этих лучей будет преломляться на разный угол. На экране будут наблюдаться все цвета радуги, переходящие друг в друга от красного до фиолетового.
Этот же эффект мы наблюдается при прохождении света через грани отшлифованного алмаза - бриллианта. Природный алмаз имеет очень высокую дисперсию и большое значение коэффициента преломления n = 2,4. Именно поэтому белый свет, преломляясь на гранях алмаза, хорошо разделяется на все цвета радуги.
В заключение подчеркнем еще раз основное отличие движения волн от движения материальных тел. Волна - это не материальное тело, а процесс распространения колебаний в пространстве. Она не локализована в какой-либо точке пространства и обладает бесконечным числом степеней свободы. Волна может обладать характеристиками, не имеющими аналогов для материальных тел, например, поляризацией. Прохождение волн в среде или пространстве сопровождается явлениями, отсутствующими при движении материальных тел: интерференцией, дифракцией, дисперсией.