Оптика. Строение вещества. Ядерная физика

Мы уже знаем, что причиной появления электромагнитных волн является движение электрических зарядов. Чем выше температура тела, тем интенсивнее происходит движение электрических зарядов. Тем меньше длина волны и больше частота излучаемого телом электромагнитного излучения. На рисунке 3 показано шкала электромагнитного излучения тел с разной температурой нагрева.

Рисунок 3. Шкала электромагнитного излучения

https://cf2.ppt-online.org/files2/slide/j/J5yvQHfqIX8Z9RwT7pmuohNcxW3LarUe4CKtzYsFEV/slide-2.jpg

Так, например, здания имеют температуру окружающей среды (в среднем приблизительно от минус двадцати до плюс двадцати пяти). Частота электромагнитного излучения материала зданий составляет10

Гц (порядка нескольких десятков тысяч герц, длина волны составляет от нескольких километров до нескольких метров.). Это область частот радиоволн, которые используется для передачи информации по радио и телевидению.

Нормальная температура человеческого тела составляет 36,6 градусов по Цельсию. Частота излучения электромагнитных волн составляет 10

Гц. Это сотни миллионов герц, а длина волны соответствует нескольким десятков сантиметров.

Видимая часть спектра электромагнитного излучения расположена между инфракрасным излучением и ультрафиолетовым излучением. Здесь длина волны уменьшается от 780Нм до 390 Нм. Обозначение Нм означает нанометр. Приставка нано соответствует миллиардной доле метра и обозначается 10

м. При этом частота излучения возрастает от 3,8

до 7,7

Гц.

После ультрафиолетовой области излучения следует рентгеновское и гамма- излучение. Боле подробно об этих излучения будет рассказано позже.

Разложение света

Свет, который мы видим, идущим от Солнца, от электролампочки накаливания от свечи называется белым. В 1667 году Ньютон, проводя эксперименты поставил на пути белого света стеклянную трехгранную призму, рисунок 4. Белый свет, проходя через трехгранную призму, разлагается на семь цветов. Эти семь цветов людям были известны еще в глубокой древности в виде радуги на небе после дождя. Но как она образуется, объяснил впервые Ньютон.

Этим экспериментом Ньютон показал, что белый свет состоит из семи цветов.

Рисунок 4. Разложение белого цвета в трехгранной призме.

Причиной разложения белого света на спектр из семи цветов объясняется тем, что каждый цвет излучения имеет свой коэффициент преломления при прохождении через материал призмы. Угол отклонения в спектре зависит от частоты или длины волны света данного цвета. Для запоминания расположения цветов в спектре можно пользоваться мнемоническим правилом: Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан. Первые буквы в словах правила являются первыми буквами названия соответствующего цвета: К – красный, О – оранжевый, Ж – желтый, З – зеленый, Г – голубой, С – синий, Ф – фиолетовый.

В таблице 1 представлены длины волн для разных цветов спектра.

Таблица.1. Длины волн различных цветов света

Законы геометрической оптики

Геометрическая оптика изучает законы поведения света, когда предметы, взаимодействующие с ним намного больше длины волны света.

Законы геометрической оптики вначале были приняты как аксиомы (постулаты), то есть данность, которая не может быть доказана, а воспринимается как явление присущее природе и подтверждается человеческой практикой. Это следующие законы:

1. Закон независимости световых лучей.

2. Закон прямолинейного распространения света.

3. Закон отражения света.

4. Закон преломления света.

С развитием науки эти законы были доказаны с позиций квантовой оптики.

Рассмотрим подробнее каждое утверждение.

Закон независимости световых лучей

Закон независимости световых лучей утверждает, что при пересечении световых лучей каждый луч распространяется независимо от другого. Это означает, что при пересечении световые лучи проходят сквозь друг друга, не взаимодействуя между собой.

Закон прямолинейного распространения света

Закон прямолинейного распространения света справедлив для прозрачной и однородной среды. Среда является прозрачной, если в ней может распространяться свет. Однородная среда характеризуется постоянными физическими характеристиками в любой точке. В однородной и прозрачной среде луч света распространяется по прямой линии.

Закон отражения света

Пусть луч света, распространяясь в однородной оптически прозрачной среде, падает на оптически непрозрачную среду. В оптически непрозрачной среде свет не распространяется. Но эта среда должна иметь зеркальную поверхность.

Произвольная поверхность тела всегда шероховата. То есть, после любой механической обработке поверхности, например, на токарном станке образуются микронеровности высотой несколько десятков микрон (микрон – это одна миллионная доля метра, или тысячная доля миллиметра и обозначается мкм – микрометр или 10

м). Ели такую поверхность отшлифовать, а затем отполировать, то величина неровностей поверхности станет несколько микрон, то есть соизмерима с длиной волны света. Эта поверхность будет блестеть. Это значит отражать свет как зеркало и такая поверхность называется зеркальной. Если на такую поверхность направить луч света под некоторым углом, то от зеркальной поверхности отразится луч, который называется отраженный луч. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр восстановленный к поверхности падения в точке падения лежат в одной плоскости.

На рисунке 5 луч S падает на зеркальную поверхность оптически непрозрачной среды в точку О. Из этой точки он отражается – луч S

.

Рисунок 5. Иллюстрация к закону отражения света.

Пунктиром показан перпендикуляр восстановленный из точки О к поверхности падения луча. Угол

образованный падающим лучом и перпендикуляром называется углом падения. Угол

образованный отраженным лучом и перпендикуляром называется углом отражения. Согласно закону отражения света:

1. Угол падения и угол отражения равны.

2. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости.

Закон преломления света

Закон преломления света описывает распространение света из одной среды в другую. Среда должна быть прозрачной и однородной. Каждая такая среда имеет определенный абсолютный показатель преломления света, который обозначается буквой n (английская буква, читается – эн) определяется из соотношения: