Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
ОПТИКА
Глава XIX. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА § 109. Введение
В разделе физика, называемом оптикой, изучаются световые явления и законы, установленные для них, взаимодействие света и вещества, вопросы природы света.
Свет представляет собой электромагнитные волны определенного диапазона (от 10 до 1,5 - IO4 ли; 1 нм = 10—* л): Из всего состава оптического излучения глаз воспринимает только свет длиной волны от 380 до 770 нм. Излучение с длинами волн короче 380 нм называется ультрафиолетовым, а излучение с длинами воли, превышающими 770 нм, -*¦ инфракрасным. Ультрафиолетовое и инфракрасное излучения невидимы.
В вакууме свет распространяется со скоростью с « 300 000 км/сек, а в различных средах — с меньшей скоростью. Свет определенной длниьг волни называется монохроматическим. Проходя через вещество, свет в той или иной мере поглощается, прн этом световая энергия превращается в другие виды энергии, в частности во внутреннюю энергию тела.
Существующие источники света подразделяются на естественные и искусственные. Главный естественный источник света для нас — Солнце. Искусственными источниками света являются раскаленные тела и так называемые холодные источники света, которые представляют собой газы, светящиеся при пропускании через них электрического тока, а также люминесцирующие твердые или жидкце тела.
Источники света обычно являются протяженными телами, но часто на практике их можно принимать за точечные. Точечным источником света называют такой источник света, линейные размеры которого очень малы по сравнению с расстоянием, иа котором оценивается его действие.
Свет в однородной среде распространяется прямолинейно. Линия, вдоль которой распространяется световая энергия, называется световым лучом. Или лучом. Доказательством прямолинейности распространения света является образование теней от предметов, поставленных на пути его распространения от точечного источника, илп теней и полутеней — в случае протяженных источников. Прямолинейностью
254
распространения света объясняется также возможность получения изображений предметов с помощью малого отверстия. Однако закон прямолинейного распространения света, как будет показано дальше, нарушается в' случае прохождения последнего сквозь малые отверстия.
Прямолинейность распространения света используется в геометрической оптике, т. е. в разделе оптики, рассматривающем вопросы распространения света в различных оптических системах (линзах, призмах и т. д.).
§ HO. Скорость света
Существует несколько методов измерения скорости света. В настоящее время принимают как наиболее точное значение скорости света. Найденное по методу Майкельсона: с—299 792,5 км]сек.
Метод Майкельсона представляет собой усовершенствованный метод вращающегося зеркала (рис. 108), которым пользовались Физо я Фуко. Свет от источника S падает на вращающееся плоское зеркало M1, отразившись от него, падает на BWiIfyTOe Зеркало M2, отражается т jHfcrb и снова попадает на зеркало Af1J на экране получается в точке й
О изображение источника света S. /
Если зеркало Af1 не вращается, нзо- / бражение источника света непод- L— вяж№. Если зеркало вращается медленно, изображение будет мигающим. Если же скорость вращения зеркала M1 велика, то за время, которое требуется, чтобы свет прошел расстояние от M1 до M2 и об-
Гго, т. е. расстояние 2а, зеркало успеет повернуться на некого- • рый угол а, и свет, отражаясь от зеркала M1, дает изображение источника в другой точке, т. е. изображение источника смещается. Смещение изображении источника света может быть йзмерено. По этому смещению можно найти угол поворота зеркала Af1, а зная угол поворота зеркала, можно определить время прохождения светом расстояния 2а. Отсюда определяется
скорость света: с — —. В опыте Майкельсона расстояние 2а =
= 70846,42 м.
255
Задача. На рис. 109 изображена схема установки опыта Mafi-кельсона по определению скорости света с помощью восьмигранного вращающегося зеркала. Расстояние между восьмигранной зеркальной призмой <4 и вогнутым зеркалом В равно а = 35,426 км. Наблюдатель видит В'зрительную трубу T изображение- щели Af, когда призма А неподвижна. Если привести призму во вращение, изображение щель уходит из поля зрения Наблюдателя, а при увеличении угловой ско рости вращения призмы до значения, соответствующего частоте
V = 529 сек~г, изображение Щели появляется вновь Определит* величину скорости света по этим данным. Будет ли Наблюдаться изображение щели при других значениях углбвой скорости вращения, и если да, то при каких?
Решение: Наблюдатель будет видеть' Изображение щели в трубе, если зй время поворота призмы на
у,п?л,у 2л свет • проходит удвоенное расстояние 2а между призмой и вогну-тьві зеркалом. Время поворота зеркальной призмы
/ = ^-----ScT=5sSv*
с = -J- — 16 on; с = 299900 км/сек.
Очевидно, изображение щели будет наблюдаться, если за время, в течение которого свет проходит расстояние 2 а, призма успеет повернуться иа угол у, соответствующий 1/8, 2/8, 3/8 и т. д. от 2я (при этих углах данная грань заменяется другой). Итак, для наблюдений изображения источника света угловая скорость вращения призмы должна быть кратной 2п\, т. е. ш — k- 2лv, где k= 1, 2, 3, ...
