Elektromagnit to'lqin sifatida oq yorug'likdan iborat. Yorug'lik elektromagnit to'lqinga o'xshaydi. Yorug'lik tezligi. Nurning aralashuvi: Yosh tajribasi; yupqa kino ranglari

Yorug'lik - bu harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar tomonidan chiqariladigan inson ko'ziga ko'rinadigan energiya shakli.

Yovvoyi hayvonlar hayotida quyosh nuri muhim rol o'ynaydi. Bu o'simliklarning o'sishi uchun zarurdir. O'simliklar fotosintez jarayonida quyosh energiyasini kimyoviy shaklga aylantiradi. Neft, ko'mir va Tabiiy gaz million yillar oldin yashagan o'simliklar qoldiqlari. Aytishimiz mumkinki, bu aylantirilgan quyosh nurining energiyasi.

Olimlar tajribalar orqali yorug'lik ba'zida zarracha, ba'zan esa to'lqin kabi harakat qilishini ko'rsatdi. 1900 yilda kvant nazariyasi Maks Plank olimlarning dunyo haqidagi ikki nuqtai nazarini birlashtirdi. Va ichida zamonaviy fizika yorug'lik ko'ndalang deb hisoblanadi elektromagnit to'lqinlar, ko'rinadigan odam, yorug'lik kvantlari (fotonlar) tomonidan chiqariladigan - massaga ega bo'lmagan va tezlik bilan harakatlanadigan zarralar.

Yorug'lik xususiyatlari

Har qanday to'lqin kabi yorug'lik ham uzunligi (l), chastotasi (y) va har qanday muhitda tarqalish tezligi (v) bilan tavsiflanishi mumkin. Ushbu miqdorlar o'rtasidagi bog'liqlik quyidagi formula bilan ifodalanadi:

Ko'rinadigan yorug'lik to'lqin uzunligi oralig'ida yotadi elektromagnit nurlanish m dan (to'lqin uzunligining o'sish tartibida: binafsha, ko'k, yashil, sariq, to'q sariq, qizil). Yorug'lik to'lqinining chastotasi uning rangi bilan bog'liq.

Yorug'lik to'lqini vakuumdan muhitga o'tganda uning uzunligi va tarqalish tezligi pasayadi, yorug'lik to'lqinining chastotasi o'zgarishsiz qoladi:

n - muhitning sindirish ko'rsatkichi, c - yorug'likning vakuumdagi tezligi.

Shuni esda tutish kerakki, yorug'lik tezligi:

• vakuumda barcha hisobot tizimlarida universal konstanta hisoblanadi;
• muhitda har doim vakuumdagi yorug'lik tezligidan kamroq;
• u o'tadigan muhitga bog'liq;
• vakuumda har doim massali har qanday zarraning tezligidan kattaroqdir.

Yorug'likning to'lqinli tabiati

Yorug'likning to'lqin tabiati birinchi marta diffraktsiya va interferentsiya tajribalari orqali tasvirlangan. Barcha elektromagnit to'lqinlar singari, yorug'lik vakuum orqali o'tishi va aks etishi va sinishi mumkin. Yorug'likning ko'ndalang tabiati qutblanish hodisasi bilan isbotlangan.

Interferentsiya

Doimiy fazalar farqi va bir xil chastotaga ega bo'lgan yorug'lik to'lqinlari hosil bo'lgan to'lqin kuchayganda yoki zaiflashganda ko'rinadigan interferentsiya effektini keltirib chiqaradi.

Isaak Nyuton interferensiya fenomenini o'rgangan birinchi olimlardan biri edi. Uning ichida mashhur tajriba"Nyuton halqalari" u katta egrilik radiusi bo'lgan qavariq linzalarni tekis shisha plastinka bilan bog'ladi. Buni hisobga olsak optik tizim aks ettirish orqali quyosh nuri, bir qator konsentrik yorug'lik va to'q rangli kuchli rangli yorug'lik doiralari kuzatiladi. Ob'ektiv va plastinka orasidagi nozik havo qatlami tufayli halqalar paydo bo'ladi. Shishaning yuqori va pastki yuzalaridan aks ettirilgan yorug'lik xalaqit beradi va yorug'lik shaklida maksimal interferensiyani va qorong'i halqalar shaklida minimal interferensiyani beradi.

Diffraktsiya

Diffraktsiya - yorug'lik to'lqinining to'siqlar atrofida egilishi. Ushbu hodisani to'siqning o'lchami to'lqin uzunligi bilan solishtirish mumkin bo'lganda kuzatish mumkin. Agar ob'ekt yorug'lik manbasidan to'lqin uzunligidan ancha katta bo'lsa, hodisa deyarli sezilmaydi.

Diffraktsiyaning natijasi yorug'lik yoki konsentrik doiralarning rangli va quyuq tasmasi o'zgaruvchan. Ushbu optik effekt to'siqni aylanib o'tadigan to'lqinlarning xalaqit berishi natijasida yuzaga keladi. Ushbu rasm CD yuzasidan aks ettirilgan yorug'lik bilan berilgan.

Gimnaziya 144

mavhum

Yorug'lik tezligi.

Nur shovqini.

turgan to'lqinlar.

11-sinf o'quvchisi

Sergey Korchagin

Sankt-Peterburg, 1997 yil.

Yorug'lik elektromagnit to'lqindir.

XVII asrda yorug'likning ikkita nazariyasi paydo bo'ldi: to'lqin va korpuskulyar. Korpuskulyar1 nazariyani Nyuton, to'lqinlar nazariyasini Gyuygens taklif qilgan. Gyuygensning fikricha, yorug'lik maxsus muhitda - efirda tarqaladigan to'lqinlar bo'lib, u butun bo'shliqni to'ldiradi. Ikkita nazariya uzoq vaqt parallel ravishda mavjud edi. Agar nazariyalardan biri hodisani tushuntirmasa, boshqa nazariya bilan izohlanadi. Masalan, yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalishi, o'tkir soyalarning paydo bo'lishiga olib keladi, to'lqin nazariyasi asosida tushuntirib bo'lmaydi. Biroq, ichida XIX boshi asrlar davomida diffraksiya2 va interferensiya3 kabi hodisalar kashf qilindi, bu esa to'lqin nazariyasi nihoyat korpuskulyarni mag'lub etdi, degan fikrlarni keltirib chiqardi. 19-asrning ikkinchi yarmida Maksvell yorug'lik ekanligini ko'rsatdi maxsus holat elektromagnit to'lqinlar. Bu ishlar yorug'likning elektromagnit nazariyasi uchun asos bo'lib xizmat qildi. Biroq, 20-asrning boshlarida yorug'lik chiqarilganda va yutilganda o'zini zarrachalar oqimi kabi tutishi aniqlandi.

^ Yorug'lik tezligi.

Yorug'lik tezligini aniqlashning bir necha usullari mavjud: astronomik va laboratoriya usullari.

Yorug'lik tezligini birinchi marta daniyalik olim Romer 1676 yilda astronomik usul yordamida o'lchagan. U Yupiterning eng katta yo'ldoshi Io ushbu ulkan sayyora soyasida bo'lgan vaqtni qayd etdi. Romer o'lchovlarni sayyoramiz Yupiterga eng yaqin bo'lgan paytda va biz Yupiterdan bir oz (astronomik shartlarga ko'ra) uzoqroqda bo'lgan paytda olib bordi. Birinchi holda, epidemiyalar orasidagi interval 48 soat 28 minutni tashkil etdi. Ikkinchi holda, sun'iy yo'ldosh 22 daqiqaga kechikdi. Bundan oldingi kuzatuv joyidan hozirgi kuzatuv joyigacha bo'lgan masofani bosib o'tish uchun yorug'lik 22 minut kerak degan xulosaga keldi. Io masofasi va vaqt kechikishini bilib, u yorug'lik tezligini hisoblab chiqdi, bu juda katta bo'lib chiqdi, taxminan 300 000 km / s4.

Birinchi marta yorug'lik tezligini laboratoriya usulida 1849 yilda frantsuz fizigi Fizo o'lchadi.U yorug'lik tezligining 313000 km/s ga teng qiymatini oldi.

Zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra, yorug'lik tezligi 299 792 458 m / s ± 1,2 m / s ni tashkil qiladi.

^ Yorug'likning interferensiyasi.

Yorug'lik to'lqinlarining interferensiyasining rasmini olish juda qiyin. Buning sababi shundaki yorug'lik to'lqinlari, chiqariladi turli manbalar bir-biriga ziddir. Ularning to'lqin uzunliklari bir xil bo'lishi va fazoning istalgan nuqtasida doimiy fazalar farqi bo'lishi kerak5. To'lqin uzunliklarining tengligiga yorug'lik filtrlari yordamida erishish qiyin emas. Lekin doimiy fazalar farqiga erishish mumkin emas, chunki turli manbalarning atomlari bir-biridan mustaqil ravishda yorug'lik chiqaradi6.

Shunga qaramay, yorug'likning interferentsiyasi kuzatilishi mumkin. Masalan, ranglarning nurli to'lib-toshishi sovun pufagi yoki suv ustida kerosin yoki moyning yupqa plyonkasida. Ingliz olimi T. Yung birinchi bo'lib rang to'lqinlarning qo'shilishi bilan izohlanadi, ulardan biri tashqi yuzadan, ikkinchisi esa ichki tomondan ¾ aks etadi, degan ajoyib g'oyani ilgari surdi. Bunday holda yorug'lik to'lqinlarining interferentsiyasi paydo bo'ladi. Interferentsiya natijasi yorug'likning plyonkaga tushish burchagiga, uning qalinligi va to'lqin uzunligiga bog'liq.

^ Turg'un to'lqinlar.

Agar arqonning bir uchi to'g'ri tanlangan chastota bilan aylantirilsa (uning ikkinchi uchi sobit bo'lsa), u holda doimiy to'lqin sobit uchiga o'tadi va bu yarim to'lqinning yo'qolishi bilan aks etadi. Hodisa va aks ettirilgan to'lqinning aralashuvi statsionar bo'lib ko'rinadigan doimiy to'lqinga olib keladi. Ushbu to'lqinning barqarorligi shartni qondiradi:

L=nl/2, l=u/n, L=nu/n,

Bu erda L ¾ - arqonning uzunligi; n ¾ 1,2,3 va boshqalar; u ¾ to'lqinning tarqalish tezligi, bu arqonning kuchlanishiga bog'liq.

Turuvchi to'lqinlar tebranishga qodir bo'lgan barcha jismlarda hayajonlanadi.

Turuvchi to'lqinlarning shakllanishi tananing rezonans yoki tabiiy chastotalarida sodir bo'ladigan rezonans hodisasidir. Interferensiya bekor qilingan nuqtalar tugunlar, shovqin kuchaygan nuqtalar esa antinodlar deb ataladi.

Yorug'lik ¾ elektromagnit to'lqin…………………………………..2

Yorug'lik tezligi………………………………………………………2

Yorug'lik interferensiyasi………………………………………………….3

Turgʻun toʻlqinlar…………………………………………………………3

Fizika 11 (G.Ya. Myakishev B.B. Luxovtsev)

Fizika 10 (N.M. Shaxmaev S.N. Shaxmaev)

Yordamchi eslatmalar va test topshiriqlari (G.D. Luppov)

1 Lotincha "korpuskula" so'zi rus tiliga tarjima qilinganda "zarracha" degan ma'noni anglatadi.

2 To'siqlarni yorug'lik bilan yaxlitlash.

3 Yorug'lik nurlarini qo'shishda yorug'likning kuchayishi yoki zaiflashishi hodisasi.

4 Roemerning o'zi 215 000 km/s tezlikni oldi.

5 Bir xil uzunlikdagi va doimiy fazalar farqiga ega bo'lgan to'lqinlar kogerent deb ataladi.

6 Istisno faqat kvant yorug'lik manbalari ¾ lazerlardir.

7 Ikkita to'lqinning qo'shilishi, buning natijasida kosmosning turli nuqtalarida hosil bo'lgan yorug'lik tebranishlarining vaqt bo'yicha barqaror kuchayishi yoki zaiflashishi mavjud.

Nazariyadan elektromagnit maydon, J. Maksvell tomonidan ishlab chiqilgan, keyin: elektromagnit to'lqinlar yorug'lik tezligida tarqaladi - 300 000 km / s, bu to'lqinlar xuddi yorug'lik to'lqinlari kabi ko'ndalang. Maksvell yorug'lik elektromagnit to'lqin ekanligini ta'kidladi. Keyinchalik bu bashorat eksperimental ravishda tasdiqlandi.

Elektromagnit to'lqinlar singari, yorug'likning tarqalishi ham bir xil qonunlarga bo'ysunadi:

Yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalish qonuni. Shaffof bir hil muhitda yorug'lik to'g'ri chiziqlar bo'ylab tarqaladi. Bu qonun quyosh va oy tutilishi qanday sodir bo'lishini tushuntiradi.

Ikki muhit orasidagi interfeysga yorug'lik tushganda, yorug'likning bir qismi birinchi muhitga aks etadi va bir qismi, agar u shaffof bo'lsa, tarqalish yo'nalishini o'zgartirganda ikkinchi muhitga o'tadi, ya'ni u sinadi.

YOrug'lik shovqini

Aytaylik, bir-biriga o'rnatilgan ikkita monoxromatik yorug'lik to'lqinlari fazoning ma'lum bir nuqtasida bir xil yo'nalishdagi tebranishlarni qo'zg'atadi: x 1 \u003d A 1 cos (t +  1) va x 2 \u003d A 2 cos (t) +  2). ostida X elektr E ning intensivligini tushunish yoki magnit H to'lqin maydonlari; E va H vektorlari o'zaro perpendikulyar tekisliklarda tebranadi (162-§ ga qarang). Elektr va magnit maydonlarining kuchli tomonlari superpozitsiya printsipiga bo'ysunadi (80 va 110-bandlarga qarang). Berilgan nuqtada hosil bo'lgan tebranishning amplitudasi A 2 \u003d A 2 l + A 2 2 + 2A 1 A 2 cos ( 2 - 1) (144.2) ga qarang). To'lqinlar kogerent bo'lgani uchun, u holda cos( 2 -  1) vaqt bo'yicha doimiy qiymatga ega (lekin kosmosning har bir nuqtasi uchun o'ziga xos), shuning uchun hosil bo'lgan to'lqinning intensivligi (1 ~ A 2)

Kosmosning cos( 2 -  1) nuqtalarida. > 0, intensivlik I > I 1 + I 2 , bu yerda cos( 2 -  1) < Oh, intensivlik I< I 1 +I 2 . Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение yorug'lik oqimi, natijada ba'zi joylarda intensivlik maksimal, boshqalarda esa intensivlik minimal. Bu hodisa yorug'lik interferensiyasi deb ataladi.

Inkogerent to'lqinlar uchun farq ( 2 -  1) doimiy ravishda o'zgarib turadi, shuning uchun vaqtning o'rtacha qiymati cos( 2 - 1) nolga teng bo'ladi va hosil bo'lgan to'lqinning intensivligi hamma joyda bir xil va I 1 = I 2 uchun. 2I 1 ga teng (kogerent to'lqinlar uchun bu holat maksimalda I = 4I 1 minimal I = 0).

Yorug'lik to'lqinlarining interferensiyasi paydo bo'lishi uchun zarur shart-sharoitlarni qanday yaratish mumkin? Kogerent yorug'lik to'lqinlarini olish uchun bir manba tomonidan chiqarilgan to'lqinni ikki qismga bo'lish usuli qo'llaniladi, ular turli xil nurlardan o'tgandan keyin. optik yo'llar bir-birining ustiga qo'yiladi va interferentsiya sxemasi kuzatiladi.

Ikki kogerent to'lqinga bo'linish ma'lum bir O nuqtasida sodir bo'lsin . Nuqtaga M, bunda interferentsion naqsh kuzatiladi, sinishi ko'rsatkichi n 2 bo'lgan muhitda bitta to'lqin o'tgan yo'l s 1 , ikkinchisi - sindirish ko'rsatkichi n 2 bo'lgan muhitda - yo'l s 2. Agar nuqtada O tebranish fazasi t ga teng , keyin nuqtada M birinchi to'lqin A 1 cos (t - s 1 / v 1) tebranishini qo'zg'atadi. , ikkinchi to'lqin - tebranish A 2 cos (t - s 2 / v 2) , Bu erda v 1 = c/n 1, v 2 = c/n 2 - mos ravishda, birinchi va ikkinchi to'lqinlarning faza tezligi. Bir nuqtada to'lqinlar qo'zg'atadigan tebranishlarning fazalar farqi M, ga teng

(/s = 2v/s = 2 0 ekanligini hisobga olsak, bu erda  0 vakuumdagi to'lqin uzunligi). Geometrik uzunlikdagi mahsulot s yorug'lik to'lqinining ma'lum muhitdagi sinishi ko'rsatkichi n bo'lgan yo'li optik yo'l uzunligi L deyiladi. , a  \u003d L 2 - L 1 - to'lqinlar bosib o'tgan yo'llarning optik uzunliklaridagi farq - optik yo'l farqi deb ataladi. Agar optik yo'l farqi vakuumdagi to'lqin uzunliklarining butun soniga teng bo'lsa

keyin  = ± 2m , M ikkala to'lqin bir xil fazada sodir bo'ladi. Shuning uchun (172.2) interferentsiya maksimal uchun shart.

Agar optik yo'l farqi bo'lsa

keyin  = ±(2m + 1) , va nuqtada hayajonlangan tebranishlar M ikkala to'lqin ham antifazada paydo bo'ladi. Shuning uchun (172.3) interferentsiya minimumining shartidir.

YORILIK INTERFERENSIYASINI QO'LLANISHI

Interferentsiya hodisasi yorug'likning to'lqin tabiatiga bog'liq; uning miqdoriy qonuniyatlari Do to'lqin uzunligiga bog'liq.Shuning uchun bu hodisa yorug'likning to'lqin tabiatini tasdiqlash va to'lqin uzunliklarini o'lchash (interferentsiya spektroskopiyasi) uchun ishlatiladi.

Interferentsiya hodisasi optik qurilmalar sifatini yaxshilash (optik qoplama) va yuqori aks ettiruvchi qoplamalarni olish uchun ham qo'llaniladi. Yorug'likning linzaning har bir sindiruvchi yuzasi orqali, masalan, shisha-havo interfeysi orqali o'tishi tushayotgan oqimning 4% ni aks ettirishi bilan birga keladi (shisha sinishi tanasini ko'rsatishda 1,5). Sifatida zamonaviy linzalar o'z ichiga oladi ko'p miqdorda linzalar, keyin ulardagi ko'zgularning soni katta va shuning uchun yorug'lik oqimining yo'qotishlari ham katta. Shunday qilib, uzatilgan yorug'likning intensivligi va yorqinligi zaiflashadi optik asbob kamayadi. Bunga qo'shimcha ravishda, linzalarning yuzalarida aks etishi tez-tez sodir bo'ladigan chaqnashlarga olib keladi (masalan, harbiy texnika) qurilmaning holatini ochib beradi.

Yo'q qilish uchun bu kamchiliklar deb atalmish narsani bajaring optikani yoritish. Buning uchun linzalarning bo'sh yuzalariga linzalar materialidan pastroq sinishi indeksiga ega nozik plyonkalar qo'llaniladi. Havo-plyonka va plyonka-shisha interfeyslaridan yorug'lik aks etganda, 1 va 2 "kogerent nurlarning interferensiyasi yuzaga keladi (253-rasm).

AR qatlami

Film qalinligi d va shisha n c va plyonka n sinishi ko'rsatkichlarini shunday tanlash mumkinki, plyonkaning har ikki yuzasidan aks ettirilgan to'lqinlar bir-birini bekor qiladi. Buning uchun ularning amplitudalari teng bo'lishi kerak va optik yo'l farqi - ga teng (qarang (172.3)). Hisoblash shuni ko'rsatadiki, aks ettirilgan nurlarning amplitudalari teng bo'lsa

(175.1)

n bilan beri, n va havoning sinishi ko'rsatkichi n 0 shartlarni qondiradi n c > n > n 0 , keyin yarim to'lqinning yo'qolishi ikkala sirtda sodir bo'ladi; shuning uchun minimal shart (yorug'lik normal tushadi deb faraz qiling, ya'ni I = 0)

qayerda nd- optik plyonka qalinligi. Odatda m = 0 ni oling, keyin

Shunday qilib, agar (175.1) shart bajarilsa va plyonkaning optik qalinligi  0 /4 ga teng bo'lsa, interferensiya natijasida aks ettirilgan nurlar o'chadi. Barcha to'lqin uzunliklari uchun bir vaqtning o'zida o'chirishga erishish mumkin emasligi sababli, bu odatda ko'z uchun eng sezgir to'lqin uzunligi  0  0,55 mkm uchun amalga oshiriladi. Shuning uchun, qoplangan optikali linzalar mavimsi-qizil rangga ega.

Yuqori aks ettiruvchi qoplamalarni yaratish faqat asosida mumkin bo'ldi ko'p yo'nalishli shovqin. Biz hozirgacha ko'rib chiqqan ikki nurli interferentsiyadan farqli o'laroq, ko'p yo'nalishli interferensiya ko'p sonli kogerent yorug'lik nurlari qo'shilganda sodir bo'ladi. Interferentsiya sxemasida intensivlik taqsimoti sezilarli darajada farqlanadi; interferentsiya maksimallari ikkita kogerent yorug'lik nurlarining ustiga qo'yilgandan ko'ra ancha tor va yorqinroq bo'ladi. Shunday qilib, bir xil amplitudali yorug'lik tebranishlarining hosil bo'lgan amplitudasi intensivlik maksimalida, bu erda qo'shilish bir xil fazada sodir bo'ladi, N. marta ko'proq va N 2 da intensivlik bir nurdan ko'ra ko'proq (N interferentsion nurlar soni). E'tibor bering, natijada olingan amplitudani topish uchun undan foydalanish qulay grafik usuli, aylanuvchi amplituda vektor usuli yordamida (§ 140-ga qarang). Ko'p yo'nalishli interferensiya diffraktsiya panjarasida amalga oshiriladi (180-§ ga qarang).

Ko'p yo'nalishli aralashuvni amalga oshirish mumkin ko'p qatlamli tizim bilan aralashgan filmlar turli ko'rsatkichlar refraksiya (lekin bir xil optik qalinlikda,  0 /4 ga teng), aks ettiruvchi yuzaga yotqizilgan (254-rasm). Ko'rsatish mumkinki, plyonka interfeysida (yuqori sindirish ko'rsatkichi n 1 bo'lgan ikkita ZnS qatlami o'rtasida) kamroq sinishi indeksiga ega bo'lgan kriolit plyonkasi mavjud n 2) ko'p miqdorda aks ettirilgan interferentsion nurlar paydo bo'ladi, ular plyonkalarning optik qalinligi  0 /4 bilan o'zaro kuchayadi, ya'ni aks ettirish koeffitsienti ortadi. xarakterli xususiyat bunday yuqori aks ettiruvchi tizim juda tor spektral mintaqada ishlaydi va nima ko'proq nisbat ko'zgular, bu maydon torayadi. Masalan, 0,5 mkm hudud uchun yetti plyonkali tizim   96% (o'tkazuvchanligi  3,5% va yutilish koeffitsienti bilan) aks ettirishni beradi.<0,5%). Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров (узкополосных оптических фильтров).

Interferensiya hodisasi interferometrlar deb ataladigan juda aniq o'lchash asboblarida ham qo'llaniladi. Barcha interferometrlar bir xil printsipga asoslanadi va faqat dizaynda farqlanadi. Shaklda. 255 Mishelson interferometrining soddalashtirilgan diagrammasini ko'rsatadi.

S manbasidan monoxromatik yorug'lik R 1 tekislik-parallel plitaga 45° burchak ostida tushadi . Rekordning S dan uzoq tomoni , kumushlangan va shaffof, nurni ikki qismga ajratadi: nur 1 (kumush qatlamdan aks ettirilgan) va nur 2 (veto orqali o'tadi). 1-nur M 1 oynadan aks ettirilgan va orqaga qaytib, yana P 1 plitasidan o'tadi (nur l "). 2-nur M 2 oynasiga boradi, undan aks etadi, orqaga qaytadi va R 1 plastinkasidan aks etadi. (nur 2). Nurlarning birinchisi P 1 plastinkasidan o'tganligi sababli ikki marta, keyin hosil bo'lgan yo'l farqini qoplash uchun ikkinchi nurning yo'liga P 2 plastinka qo'yiladi (aynan P 1 bilan bir xil). , faqat kumush qatlami bilan qoplanmagan).

Nurlar 1 va 2" kogerent; shuning uchun interferensiya kuzatiladi, buning natijasi 1-nurning O nuqtadan optik yo'l farqiga bog'liq. O nuqtadan M 1 va 2 nurni aks ettirish uchun oynaga M 2. Ko'zgulardan biri  0/4 masofaga ko'chirilganda, ikkala nurning yo'llari orasidagi farq  0/2 ga ortadi va ko'rish maydonining yoritilishi o'zgaradi. Shu sababli, interferentsiya naqshini biroz o'zgartirish orqali siz ko'zgulardan birining kichik siljishini baholashingiz va uzunliklarni aniq (taxminan 10-7 m) o'lchash uchun Mishelson interferometridan (jismlarning uzunligini, yorug'lik to'lqin uzunligini o'lchash) foydalanish mumkin. , harorat o'zgarishi bilan tananing uzunligidagi o'zgarishlar (interferentsiya dilatometri)).

Rus fizigi V.P.Linnik (1889-1984) Mishelson interferometri printsipidan foydalanib, sirt qoplamasini nazorat qilish uchun ishlatiladigan mikrointerferometrni (interferometr va mikroskop birikmasi) yaratdi.

Interferometrlar bosim, harorat, aralashmalar va boshqalarga qarab shaffof jismlarning (gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalar) sindirish ko'rsatkichidagi kichik o'zgarishlarni aniqlash imkonini beruvchi juda sezgir optik asboblardir.Bunday interferometrlar interferentsion refraktometrlar deb ataladi. Interferentsiya qiluvchi nurlar yo'lida uzunlikdagi ikkita bir xil kyuvetalar mavjud l, ulardan biri, masalan, ma'lum (n 0) bo'lgan gaz bilan, ikkinchisi esa noma'lum (n z) sinishi ko'rsatkichlari bilan to'ldirilgan. Interferentsiya qiluvchi nurlar o'rtasida paydo bo'lgan qo'shimcha optik yo'l farqi  \u003d (n z - n 0) l. Yo'l farqining o'zgarishi interferentsiya chegaralarining siljishiga olib keladi. Ushbu siljish qiymat bilan tavsiflanishi mumkin

bu erda m 0 interferentsiya chizig'i kengligining qaysi qismiga interferentsiya naqshining siljiganligini ko'rsatadi. Ma'lum bo'lgan m 0 qiymatini o'lchash l, m 0 va , siz n z ni hisoblashingiz yoki n z - n 0 ni o'zgartirishingiz mumkin. Misol uchun, interferentsiya sxemasi chetning 1/5 qismiga siljiganida l\u003d 10 sm va  \u003d 0,5 mikron (n ​​z - n 0) \u003d 10 -6, ya'ni. shovqin refraktometrlari juda yuqori aniqlik bilan (1/1 000 000 gacha) sinishi indeksidagi o'zgarishlarni o'lchash imkonini beradi.

Interferometrlardan foydalanish juda xilma-xildir. Yuqoridagilarga qo'shimcha ravishda ular optik qismlarni ishlab chiqarish sifatini o'rganish, burchaklarni o'lchash, samolyot atrofida oqayotgan havoda sodir bo'ladigan tez jarayonlarni o'rganish va hokazolarda qo'llaniladi. Interferometr yordamida Mishelson birinchi marta xalqaro standartni solishtirdi. standart yorug'lik to'lqinining uzunligi bilan metr. Interferometrlar yordamida yorug'likning harakatlanuvchi jismlarda tarqalishi ham o'rganildi, bu esa fazo va vaqt haqidagi g'oyalarni tubdan o'zgartirishga olib keldi.

Zamonaviy fizikada yorug'lik elektromagnit to'lqinlar yoki fotonlar sifatida tavsiflanadi.

2.5.1. Elektromagnit to'lqinlar

Elektromagnit to'lqinlar elektr va magnit maydonlarning kombinatsiyasini o'z ichiga oladi. Elektr zaryadini ko'rib chiqing. U o'z atrofida elektr maydon hosil qiladi. Agar zaryad harakatlansa, u magnit maydon hosil qiladi. Bu elektr va magnit maydonlar birlashib, kosmosda tarqaladigan va elektromagnit to'lqin deb ataladigan buzilishni keltirib chiqarishi nazariy jihatdan ko'rsatilgan va eksperimental tasdiqlangan. Bu to'lqin o'z-o'zidan tarqaladi, chunki o'zgaruvchan elektr maydoni magnit maydonning o'zgarishiga olib keladi, bu esa elektr maydonining yangi o'zgarishiga olib keladi va hokazo.Shunday qilib, elektr va magnit maydonlar o'rtasida doimiy energiya almashinuvi mavjud.

Elektromagnit to'lqin modda bilan to'qnashganda, uning elektr va magnit maydonlari ushbu moddaning zaryadlangan zarralarini xuddi dastlabki to'lqindagi kabi tebranishga olib keladi. Bu energiyani moddaning o'zini harakatlantirmasdan material orqali o'tkazish imkonini beradi. Barcha elektromagnit to'lqinlar quyidagi xususiyatlarga ega.

Ular harakatlanuvchi zaryadlar tomonidan yaratilgan.

Ular elektr va magnit maydonlari o'zaro perpendikulyar va to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan ko'ndalang to'lqinlardir.

Ular tarqalish uchun hech qanday materialni talab qilmaydi, lekin moddani harakatlantirmasdan material orqali tarqalishi mumkin.

Ularning barchasi bo'sh fazoda bir xil nisbiy tezlikda harakat qiladi, bu yorug'lik tezligi deb ataladi.

Miqdoriy jihatdan elektromagnit to'lqinlarning xatti-harakati Maksvell tenglamalari bilan tavsiflanadi, ammo ularni ko'rib chiqish ushbu kitob doirasidan tashqarida, biz mavhum nazariyaga emas, balki amaliy dasturlarga e'tibor qaratamiz.

2.5.2. Fotonlar

Fotonlar elektromagnit energiyaning diskret zarralari sifatida qaraladi. Plank energiya miqdori chastotaga mutanosib bo'lgan "kvanta" deb ataladigan portlashlarda chiqariladi, deb taklif qildi. Bu formula bilan ifodalanadi

qayerda h- Plank doimiysi (6,63 x 10 -34 Joul/sek.).

Yorug'lik kvantiga foton deyiladi. Foton zarrachaning ba'zi xususiyatlariga ega, chunki u diskret va cheklangan. Yorug'lik ham to'lqindir, buni diffraktsiya va interferentsiya ta'sirida ko'rish mumkin. Shunday qilib, yorug'lik ham zarracha, ham to'lqin ekanligi ma'lum bo'ldi. Bu qarama-qarshilikdir, chunki zarracha cheklangan va diskret, to'lqin esa cheksiz va uzluksizdir. Fiziklar ikkala nazariyani bir-birini to'ldiruvchi deb bilishadi, lekin ularni bir vaqtning o'zida qo'llamaydilar. Ushbu effekt yorug'likning zarracha-to'lqinli dualligi sifatida tanilgan va ikkala jismoniy model ham bir xil darajada haqiqiy va turli xil optik effektlarni tavsiflashda foydalidir. Shunisi qiziqki, ikkala modelda ham bir-biriga mos kelmaydigan qismlar mavjud.

Fotonlar yoki to'lqinlar ko'rinishidagi yorug'lik bo'sh fazoda taxminan 300 000 km / s (3 x 10 8 m / s) tezlikda tarqaladi. Ko'pgina effektlarni yorug'likni optik qismlar o'rtasida yoki bo'ylab to'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanadigan nurlar sifatida tasavvur qilish orqali yaxshiroq ko'rish mumkin. Qurilmalarning optik yuzalarida nurlar o'zgaradi (akslaydi, sinadi, tarqaladi va hokazo). Bu optik harakat

To'lqin nazariyasiga ko'ra, yorug'lik elektromagnit to'lqindir.

Ko'rinadigan radiatsiya(ko'rinadigan yorug'lik) - 0,75 10 15 - 0,4 10 15 Gts chastota diapazoniga to'g'ri keladigan 400 - 750 nm oralig'ida to'lqin uzunliklari bilan tavsiflangan to'g'ridan-to'g'ri inson ko'zi tomonidan qabul qilinadigan elektromagnit nurlanish. Turli chastotalarning yorug'lik nurlanishi inson tomonidan turli xil ranglar sifatida qabul qilinadi.

Infraqizil nurlanish- ko'rinadigan yorug'likning qizil uchi (to'lqin uzunligi taxminan 0,76 mikron) va qisqa to'lqinli radio emissiyasi (to'lqin uzunligi 1-2 mm) o'rtasidagi spektral hududni egallagan elektromagnit nurlanish. Infraqizil nurlanish issiqlik tuyg'usini yaratadi, shuning uchun u ko'pincha termal nurlanish deb ataladi.

Ultraviyole nurlanish- ko'zga ko'rinmas elektromagnit nurlanish, 400 dan 10 nm gacha bo'lgan to'lqin uzunliklarida ko'rinadigan va rentgen nurlari orasidagi spektral hududni egallaydi.

Elektromagnit to'lqinlar- muhitning xususiyatlariga qarab cheklangan tezlik bilan fazoda tarqaladigan elektromagnit tebranishlar (elektromagnit maydon) (vakuumda - 3∙10 8 m/s). Elektromagnit to'lqinlarning xususiyatlari, ularning qo'zg'alish va tarqalish qonuniyatlari Maksvell tenglamalari bilan tavsiflanadi. Elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tabiatiga ular tarqaladigan muhit ta'sir qiladi. Elektromagnit to'lqinlar har qanday tabiatdagi to'lqinlarga xos bo'lgan sinish, dispersiya, difraksiya, interferentsiya, umumiy ichki aks ettirish va boshqa hodisalarni boshdan kechirishi mumkin. Elektromagnit maydon hosil qiluvchi zaryadlar va oqimlardan uzoqda joylashgan bir hil va izotrop muhitda elektromagnit (shu jumladan yorug'lik) to'lqinlar uchun to'lqin tenglamalari quyidagi shaklga ega:

bu erda va mos ravishda muhitning elektr va magnit o'tkazuvchanliklari va mos ravishda elektr va magnit o'tkazuvchanliklari va elektr va magnit maydon kuchlari; Laplas operatori hisoblanadi. Izotrop muhitda elektromagnit to'lqinlarning tarqalish faza tezligi teng. Tekislik monoxromatik elektromagnit (yorug'lik) to'lqinlarining tarqalishi tenglamalar bilan tavsiflanadi:

kr ; kr (6.35.2)

qayerda va mos ravishda elektr va magnit maydonlarining tebranish amplitudalari, k to'lqin vektori, r nuqtaning radius vektori, - tebranishlarning dumaloq chastotasi, koordinatali nuqtadagi tebranishlarning boshlang'ich bosqichidir r= 0. Vektorlar E va H bir xil fazada tebranadi. Elektromagnit (yorug'lik) to'lqin ko'ndalang. Vektorlar E , H , k bir-biriga ortogonal bo'lib, vektorlarning to'g'ri uchligini hosil qiladi. Bir lahzali qiymatlar va har qanday nuqtada munosabat bilan bog'langan Elektr maydoni ko'zga fiziologik ta'sir ko'rsatishini hisobga olsak, o'q yo'nalishi bo'yicha tarqaladigan tekis yorug'lik to'lqinining tenglamasini quyidagicha yozish mumkin:

Yorug'likning vakuumdagi tezligi

. (6.35.4)

Vakuumdagi yorug'lik tezligining muhitdagi yorug'lik tezligiga nisbati muhitning mutlaq sindirish ko'rsatkichi deyiladi:

(6.35.5)

Bir muhitdan ikkinchisiga o'tishda to'lqinning tarqalish tezligi va to'lqin uzunligi o'zgaradi, chastota o'zgarishsiz qoladi. Ikkinchi muhitning birinchisiga nisbatan nisbiy sinishi ko'rsatkichi nisbatdir

bu yerda va - birinchi va ikkinchi muhitning absolyut sindirish ko'rsatkichlari va mos ravishda birinchi va ikkinchi muhitdagi yorug'lik tezligi.