Пособие для самостоятельного обучения решению задач по физике в вузе - Мелёшина А.М.
Скачать (прямая ссылка):
плоскополяризованной (или линейно-поляризованной). Вектор Е имеет лишь
одну составляющую (Еу). Более подробно о поляризации сказано в разделе 5.
1.7. В данный момент времени в разных точках волны вектор Е имеет разные
значения. В_ случае плоской волны "мгновенная фотография" векторов Е
имеет следующий вид (рис. 187). Зависимость Еу от х в заданный момент
времени t0 выражается синусоидой: Ej^Eoj, sin(coto-kx+a), где к=2лД -
волновое число. В какой-то последующий момент времени "мгновенная
фотография" вект(r)ров Е изменяется, давая сдвинутую вправо картину (рис.
188). Этот сдвиг означает распространение волны и происходит со скоростью
у.
Рис. 187 Рис 188
1.8. В произвольный момент времени t в любой точке х
плоскополяризованная волна характеризуется выражением Еу-Еоу sin (cot-
kx+a).
1.9. В общем случае плоская монохроматическая волна
описывается двумя составляющими вектора Е: Еу-
=Е0г/ sin (cot-kx+a), E2=Eoz sin (cot-кх+аг).
326
1.10. Интенсивностью электромагнитной волны называется энергия, которую
переносит волна за единицу времени сквозь единицу площади поверхности,
перпендикулярной к направлению распространения волны. В теории Максвелла
показано, что интенсивность линейно-поляризованной ллоской
монохроматической волны пропорциональна квадрату ее амплитуды.
1.11. Свет, видимый человеческим глазом, представляет собой
электромагнитные колебания с длиной волн от 3,9-10~7 до 8-10-7 м.
Электромагнитным колебаниям с большей длиной волн соответствует
инфракрасный, с меньшей - ультрафиолетовый свет. Электромагнитные
колебания с длиной волн указанного диапазона изучает оптика.
1.12. В принципе все законы оптики могут быть выведены как следствия из
теории электродинамики (электромагнитной теории): законы отражения,
преломления, интерференции и т. д. - из уравнений Максвелла, законы
фотоэффекта, испускания и поглощения света атомами и т. п. - из теории
квантовой электродинамики. Однако строгое применение теории Максвелла, а
тем более квантовой электродинамики к проблемам оптики является весьма
трудной задачей В то же время многие практически важные оптические
явления могут быть описаны сравнительно просто с помощью некоторых
эмпирических законов и модельных представлений, которыми разумно
пользоваться при определенных условиях. Описание этих явлений
облегчается, если использовать правила геометрической оптики.
2. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Начиная изучение оптических явлений, не будем рассматривать вопрос о
природе света. Используем лишь тот факт, что свет - это некоторый
волновой процесс, характеризующийся длиной волны, частотой и фазой (см.
гл. 1, разд. 8). Б пустоте и воздухе свет распространяется со скоростью,
приблизительно равной 3-108 м/с. В веществе скорость света у=с/Уе (см.
1.2).
2.1. В распространяющейся световой волне в данный момент времени всегда
можно выделить точки, колеблющиеся в одинаковой фазе и образующие
непрерывную поверхность. Такая поверхность называется фронтом волны. У
точечного источника света S-фронт волны является сферой радиусом 3?,
центр которой лежит в источнике (рис. 189). Фронт вол-
327
ны перемещается в пространстве вдоль направления нормали п к нему В
случае сферического фронта волны нормали совпадают с радиусами-векторами,
проведенными из точки источника. Вдоль них передается световое возмущение
от источника света, образуя лучи света. Если источник удален на большое
расстояние, фронт волны будет сферой очень большого радиуса, т. е почти
плоскостью. Лучи всегда перпендикулярны к фронту волны и от бесконечно
удаленного источника идут параллельно друг другу (рис. 190).
Геометрическая лучевая оптика занимается изучением хода световых лучей в
однородных прозрачных средах.
2.2. Предполагается, что каждая точка источника света представляет собой
вершину расходящегося пучка лучей, именуемого гомоцентрическим, т. е.
имеющим общий центр. Если после преломления или отражения пучок
превращается в сходящийся, он тоже гомоцентрический, и центр его есть
изображение светящейся точки.
Установлено четыре основных закона, на которые опирается геометрическая
оптика
2.3. Закон прямолинейного распространения света: в
однородной среде свет распространяется по прямым линиям. Соотношение
между концом предмета и его тенью при освещении точечным источником света
S соответствует геометрической проекции, построенной при помощи прямых
линий (рис. 191).
2.4. Закон независимости световых пучков утверждает, что эффект,
производимый каждым из лучей, не зависит от того, действуют другие лучи
или нет, т. е при пересечении лучей, идущих от разных точек объекта, они
не "возмущают" друг друга, а распространяются независимо.
328
Рис 191
2.5. Закон отражения света: луч, падающий на зеркальную поверхность,
нормаль к которой восстановлена в точке падения, и луч отраженный лежат в
одной плоскости, причем угол падения (угол между падающим лучом и
нормалью) равен углу отражения (углу между нормалью и отраженным лучом)
