. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła. Rozwiązywanie zadań wykorzystujących poznane prawa I LO im. Stefana Żeromskiego w Lęborku 27 luty 2012
Dyfrakcja światła laserowego
Dyfrakcja światła przez chmury
Falowa natura światła Falowa natura światła była znana znacznie wcześniej niż odkryto, że jest ono falą elektromagnetyczną. Świadczyły o tym typowe zjawiska falowe, takie jak interferencja, czyli nakładanie się fal, czy dyfrakcja, czyli ugięcie na szczelinie. Warunkiem powstania trwałego obrazu interferencyjnego jest spójność światła, czyli niezmienna w czasie różnica faz między nakładającymi się falami. Naturalne źródła światła emitują światło niespójne, o przypadkowo zmieniającej się fazie. Z tego powodu nie możemy zaobserwować na ścianie wzmocnień i wygaszeń światła pochodzącego na przykład od dwóch żarówek. Takie wzmocnienia i wygaszenia wprawdzie powstają, ale ich położenia chaotycznie i szybko się zmieniają tak, że nasze oko rejestruje tylko jednolicie oświetloną płaszczyznę. Warunek spójności będzie spełniony, jeśli światło rozdzieli się, na przykład, podczas przejścia przez układ szczelin. Wtedy każda szczelina zgodnie zasadą Huyghensa będzie źródłem światła i będzie to światło spójne.
Zasada Huygensa - przypomnienie
Doświadczenie Younga 1801 r
Ilustracja interferencji
Istota różnicy faz na przykładzie
Istota różnicy faz na przykładzie
Złożenie fal różniących się fazą
Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie Czy możliwa jest interferencja światła przechodzącego przez pojedynczą szczelinę lub otwór? Odruchowa odpowiedź jest - że nie, bo przechodzące światło nie ma z czym interferować.
Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie Warunek na wygaszenie będzie dla tych przesuniętych promieni identyczny jak poprzednio.
Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie
Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie
Siatka dyfrakcyjna
Siatka dyfrakcyjna - zadania Zadanie 1 Wiązka żółtego światła monochromatycznego o długości fali 589,3 nm pada prostopadle na siatkę dyfrakcyjną. Widmo dyfrakcyjne drugiego rzędu ( m = 2 ) obserwuje się pod kątem 28 9. Obliczyć stałą siatki dyfrakcyjnej oraz ocenić pod jakim kątem ugięcia obserwuje się prążki pierwszego rzędu ( m = 1 ). Zadanie 2 Światło lampy neonowej przepuszczono przez siatkę dyfrakcyjną i uzyskano na ekranie prążki dyfrakcyjne. Obliczyć długości fal linii widmowych barwy: fioletowej, niebieskiej, zielonej i czerwonej, jeśli odpowiednie prążki pierwszego rzędu obserwuje się pod kątami: 5 7, 5 46,6 12,7 21, a stała siatki dyfrakcyjnej d = 5000 nm.
Fala elektromagnetyczna
Polaryzacja światła
Polaryzacja światła
Polaryzacja światła przez odbicie
Zadania związane z polaryzacją Zadanie 3 Dwa polaryzatory ustawione są tak, że płaszczyzny, w których polaryzują światło, są nierównoległe. Każdy z polaryzatorów oprócz polaryzowania światła pochłania p = 5%, promieniowania padającego. Na polaryzator pierwszy pada wiązka światła spolaryzowanego liniowo tak, że kąt między płaszczyzną polaryzacji światła a płaszczyzną polaryzatora wynosi α = 30. Natężenie tego światła jest równe I 0 = 6mW /Sr. Pod jakim kątem skrzyżowane są polaryzatory, jeśli po przejściu przez obydwa światło ma natężenie I k = 1, 015mW /Sr? Zadanie 4 Pod jakim kątem w stosunku do horyzontu powinno znajdować się słońce, aby jego promienie odbite od gładkiej powierzchni jeziora były maksymalnie spolaryzowane. Współczynnik załamania światła w wodzie wynosi n = 1, 33.
Zadanie związane z polaryzatorami Rozwiązanie Natężenie światła maleje na skutek czterech czynników: 1 absorpcji w pierwszym polaryzatorze: I 1 = (1 p)i 0 ; 2 przepuszczeniu światła spolaryzowanego przez pierwszy polaryzator, zgodnie z prawem Malusa: I 2 = I 1 cos 2 α ; 3 absorpcji światła w drugim polaryzatorze: I 3 = (1 p)i 2 ; 4 przepuszczeniu światła spolaryzowanego przez drugi polaryzator: I 4 = I 3 cos 2 β, gdzie β, to szukany kąt. Pamiętając, że I 4 = I k, otrzymujemy: I k = I 0 (1 p) 2 cos 2 αcos 2 β, stąd: cos 2 β = = 0, 25. I k I 0 (1 p) 2 cos 2 α Odp. Płaszczyzny polaryzacji polaryzatorów ustawione są pod kątem β = 60.