Физическое объяснение явления

Свет распространяется в прозрачной среде – первичная электромагнитная волна. Под действием энергии электромагнитной волны электроны атомов, молекул и ионов среды начинают совершать гармонические колебания и становятся источником вторичных электромагнитных волн. Электроны атомов, молекул и ионов – это внешние, слабосвязанные электроны называются оптическими электронами. Частота колебаний вторичных волн равна частоте колебаний первичных волн, т.е.: Между первичной и вторичной волнами образуется разность фаз, которая зависит от υ или l волны, а следовательно, волны с различной l должны иметь различную скорость v в среде, а следовательно и различные показатели преломления, т.к.: , а Общая дисперсионная формула:

,где l – длина первичной волны;l₀ – длина волны, соответствующая собственной частоте колебания электронов вещества;k – постоянная (характеристика среды). Чем больше l, тем меньше n (при l>l₀), т.е.:волны с большой l имеют меньший n и меньше отклоняются; чем больше l, тем меньше v. Опытное изучение явления дисперсии осуществил Ньютон в 1666г., пропуская белый свет через стеклянную призму.

Угол отклонения δ равен: δ = (n – 1)•α

Таким образом, можно определить частоты собственных колебаний электронов вещества (впервые экспериментально доказал в 1912г. Рождественский).

Мерой дисперсии является увеличение показателя преломления да определённом интервале частот Dυ или его уменьшение (–Dn) в интервале длин волн Dl, т.е.:

Когда υ = υ₀, то амплитуда вынужденных колебаний электронов становится большой и в результате их взаимных столкновений часть поглощённой световой энергии не излучается обратно, а переходит в тепловую. Поэтому в области аномальной дисперсии происходит сильное поглощение и понижение прозрачности тел.

Для рентгеновских лучей (υ_р = 10¹⁸ Гц), υ_р>> υ₀ и для них нет аномальной дисперсии, а следовательно, они почти не поглощаются веществом и проходят большие толщи вещества. Для рентгеновских лучей υ = C, а следовательно, n_р.л.» 1.

Линзы

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное с двух сторон криволинейной поверхностью.

Линза называется тонкой, если ее толщина значительно меньше, чем радиусы кривизны R ₁и R ₂ обеих поверхностей. На оптических схемах линзы обычно обозначают двунаправленной стрелкой. Радиус кривизны R >0 для выпуклой поверхности; R <0 для вогнутой.

Прямая проходящая через центры кривизны поверхностей линзы называется главной оптической осью. Оптическим центром линзы (обычно обозначается O) называется точка, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее не преломляясь. Побочными оптическими осями называются прямые, проходящие через оптический центр линзы и не совпадающие с главной оптической осью. Фокусом линзы F называется точка, лежащая на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи параксиального (приосевого) светового пучка, распространяющиеся параллельно главной оптической оси. Фокальной плоскостью называется плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно ее главной оптической оси. Фокусным расстоянием f называется расстояние между оптическим центром линзы O и ее фокусом F: Формула тонкой линзы: , где a и b - расстояния от линзы до предмета и его изображения. Если a = ∞, т.е. лучи падают на линзу параллельным пучком (а), то b = f. Если b =∞, т.е. изображение находится в бесконечности (б), и, следовательно, лучи выходят из линзы параллельным пучком, то a = f. Фокусные расстояния линзы, окруженной с обеих сторон одинаковой средой, равны.Величина Φ = 1/ f называется оптической силой линзы Ее единица - диоптрия (дптр) - оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1м.Линзы с положительной оптической силой являются собирающими, с отрицательной – рассеивающими. В отличие от собирающей линзы, рассеивающая линза имеет мнимые фокусы. В мнимом фокусе сходятся (после преломления) воображаемые продолжения лучей, падающих на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси.

Принцип Гюйгенса – Френеля

Имеется точечный источник S` и на пути ставим диафрагму и экран.

Дифракция – отклонение света от прямолинейного распространения в однородной среде, когда свет, огибая препятствие, заходит в область геометрической тени. Дифракция подтверждает волновую природу света. Анализ дифракции света ведётся на основе принципа Гюйгенса и законов интерференции. Принцип Гюйгенса –каждая точка, среды, до которой доходит световое возбуждение, является центром вторичных волн. Поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, даёт фронт действительно распространяющейся волны в этот момент времени. Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку фронта можно рассматривать как самостоятельный источник колебаний. Считается, что в однородной среде вторичные волны излучаются только вперёд, т.е. в направлениях, составляющих острые углы с внешней нормалью к фронту волны.

Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим, он не указывает способа расчёта амплитуды волны, огибающей вторичные волны. Принцип Френеля – волновое возмущение в любой точке пространства можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн от фиктивных источников, на которые разбивается волновой фронт. Объединение положений Гюйгенса и Френеля называется принципом Гюйгенса – Френеля, который позволяет рассматривать случаи дифракции света.