Что называют длиной световой волны

Что называют длиной световой волны

12 класс

Материалы к зачету по теме «Световые волны»

1. Свойства света.
Свет – это электромагнитные волны в интервале частот Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т.е. длин волн в интервале 380 ÷ 780 нм. Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия.
Свет может оказывать давление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта.
Свет имеет конечную скорость распространения в вакууме 300 000 км/с, а в любой другой среде скорость света убывает.
Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции.

2. Интерференция света. Применение интерференции.
Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина).
Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны.

Световые волны частично отражаются от поверхности тонкой пленки, частично проходят в нее.
На второй границе пленки вновь происходит частичное отражение волны.
Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути.

При разности хода, равной четному числу длин полуволн
наблюдается интерференционный максимум.
При разности хода, равной нечетному числу длин полуволн
наблюдается интерференционный минимум.

Когда выполняется условие максимума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн.
Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля качества обработки поверхностей, для просветления оптики.

3. Дифракция света.
При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых и темных полос.
Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света.
Дифракция объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой.
Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом которых является дифракционная решетка.
Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.
Пусть на решетку падает монохроматический (определенной длины волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода Δ= d·sinφ,
где d – постоянная решетки – расстояние между соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки, φ – угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки.
При разности хода, равной целому числу длин волн d·sinφ = k·λ, наблюдается интерференционный максимум для данной длины волны.
Условие интерференционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ.
В результате при прохождении через дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр.
Угол дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина волны красного света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.

4. Поляризация света.
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, например, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления.
Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит.
Происходит явление поляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости — плоскости поляризации.
Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность световых волн.

5. Дисперсия света.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета (спектр), при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета.
Запомнить 7 основных цветов спектра можно по мнемоническому правилу:

«Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан»

Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от длины его волны.

Показатель преломления связан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.
На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн.
Джеймс Максвелл высказал предположение, что свет – это электромагнитная волна.
Эта гипотеза подтверждена свойствами, которыми обладает свет.

Источник

Формы световых волн и виды их колебаний. Длина волны. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Связь длины волны с частотой.

Световая волна – электромагнитная волна видимого диапазона длин волн. Частота световой волны определяет цвет. Энергия, переносимая световой волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды.

Всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определенной скоростью.

Скорость распространения световых и вообще электромагнитных волн в вакууме ( а практически и в воздухе) равна приблизительно 300 000 км\с

Вблизи предмета его тень имеет резкие края, однако очертания
тени размываются с увеличением расстояния между предметом
и тенью. Это нетрудно понять, если учесть, что свет распростра-
няется прямолинейно, а каждый источник света имеет конечные
размеры. Изучение распространения световых лучей показывает,
что на краю каждой тени существует частично освещенная об-
ласть. Эта так называемая полутень делает очертания тени раз-
мытыми. Наиболее темная часть тени (глубокая тень) полностью
отгорожена от источника света. Ширина полутени тем меньше,
чем ближе тень к объекту, который ее отбрасывает, поэтому
вблизи предмета тень выглядит более резкой.

Было установлено, что световая волна представляет собой колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся в пространстве; оба поля совершают колебания во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые перпендикулярны также и направлению распространения волны. В действительности световые волны являются одним из типов электромагнитных волн, включающих также рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное излучения и радиоволны. Световые волны испускаются атомами, когда электроны в них переходят с одной орбиты на другую. Если атом получает энергию, например в форме тепла, света или электрической энергии, электроны удаляются от ядра на орбиты с большей энергией. Затем они вновь переходят на более близкие к ядру орбиты с меньшей энергией, излучая при этом энергию в виде электромагнитных волн. Так возникает свет.

Форма волны — наглядное представление формы сигнала, такого как волна, распространяющегося в физической среде, или его абстрактное представление.

Во многих случаях среда, в которой распространяется волна, не позволяет наблюдать её форму визуально. В этом случае, термин «сигнал» относится к форме графика величины, изменяющейся по времени или зависящей от расстояния. Для наглядного представления формы волны может использоваться инструмент, называемый «осциллограф», отображающий на экране значение измеряемой величины и его изменение. В более широком смысле термин «сигнал» используется для обозначения формы графика значений любой величины, изменяющейся по времени.

Общими периодическими сигналами являются (t — время):

· Синусоида: sin (2 π t). Амплитуда сигнала соответствует тригонометрической функции синуса (sin), изменяющейся по времени.

· Меандр: saw(t) − saw (t − duty). Этот сигнал как правило используется для представления и передачи цифровых данных. Прямоугольные импульсы с постоянным периодом содержат нечётные гармоники, которые попадают на −6дБ/октаву.

· Пилообразная волна: 2 (t − floor(t)) − 1. Выглядит как зубья пилы. Используется в качестве отправной точки cубтрактивного синтеза, так как пилообразная волна с постоянным периодом содержит чётные и нечётные гармоники, которые попадают на −6 дБ/октаву.

Другие формы сигналов часто называют композитными, так как в большинстве случаев они могут быть описаны как сочетание нескольких синусоидальных волн или суммой других базисных функций.

Ряд Фурье описывает разложение периодического сигнала на основе фундаментального принципа, гласящего, что любой периодический сигнал может быть представлен в виде суммы (возможно бесконечной) фундаментальных и гармонических составляющих. Энергетически-конечные непериодические сигналы могут быть проанализированы как синусоиды после преобразования Фурье.

Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.

Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряженности Е и индукции В.

Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи.

Передача колебаний обусловлена тем, что смежные участки среды связаны между собой. Эта связь может осуществляться различно. Она может быть обусловлена, в частности, силами упругости, возникающими вследствие деформации среды при ее колебаниях. В результате колебание, вызванное каким-либо образом в одном месте, влечет за собой последовательное возникновение колебаний в других местах, все более и более удаленных от первоначального, и возникает так называемая волна.

Электромагнитные волны – эти волны представляют собой передачу из одних мест пространства в другие колебаний электрического и магнитного полей, создаваемых электрическими зарядами и токами. Всякое изменение электрического поля вызывает появление магнитного поля, и обратно, всякое изменение магнитного поля создаёт электрическое поле. Твердая, жидкая или газообразная среда может сильно влиять на распространение электромагнитных волн, но наличие такой среды для этих волн не необходимо. Электромагнитные волны могут распространяться всюду, где может существовать электромагнитное поле, а значит, и в вакууме, т.е. в пространстве, не содержащем атомов.

Всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определенной скоростью.

Электромагнитные колебания появляются в различных электрических цепях. При этом колеблются величина заряда, напряжение, сила тока, напряженность электрического поля, индукция магнитного поля и другие электродинамические величины.

Свободные электромагнитные колебания возникают в электромагнитной системе после выведения ее из состояния равновесия, например, сообщением конденсатору заряда или изменением тока в участке цепи.

Это затухающие колебания, так как сообщенная системе энергия расходуется на нагревание и другие процессы.

Электромагнитные колебания описываются теми же законами, что и механические, хотя физическая природа этих колебаний совершенно различна.

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Состояние устойчивого равновесия колебательного контура характеризуется минимальной энергией электрического поля (конденсатор не заряжен) и магнитного поля (ток через катушку отсутствует).

Величины, выражающие свойства самой системы (параметры системы): L и m, 1/C и k

величины, характеризующие состояние системы:

Источник

Длина волны

Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой . [1] По аналогии с волнами, возникающими в воде от брошенного камня, длиной волны является расстояние между двумя соседними гребнями волны. Одна из основных характеристик колебаний. Измеряется в единицах расстояния (метры, сантиметры и т. п.). Величина , обратная длине волны, называется волновым числом и имеет смысл пространственной частоты.

Получить соотношение, связывающее длину волны с фазовой скоростью () и частотой () можно из определения. Длина волны соответствует пространственному периоду волны, то есть расстоянию, которое точка с постоянной фазой проходит за время, равное периоду колебаний , поэтому

Волнам де Бройля также соответствует определенная длина волны. Частице с энергией Е и импульсом p, соответствуют:

Примеры

Приближённо, с ошибкой около 0,07%, рассчитать длину радиоволны можно так: 300 делим на частоту в мегагерцах, получаем длину волны в метрах, например для 80 Гц, длина волны 3750 километра, для 89 МГц — 3,37 метра, для 2,4 ГГц — 12,5 см.

Точная формула для расчёта длины волны электромагнитного излучения в вакууме выглядит так:

где — скорость света, равная в Международной системе единиц (СИ) 299 792 458 м/с точно.

Для определения длины волны электромагнитного излучения в какой-либо среде следует использовать формулу:

где — показатель преломления среды для излучения с данной частотой.

Примечания

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Длина волны» в других словарях:

длина волны — (λ) Расстояние, на которое смещается поверхность равной фазы волны за один период колебаний. [ГОСТ 7601 78] длина волны Расстояние, проходимое упругой волной за время, равное одному полному периоду колебаний. [BS EN 1330 4:2000. Non… … Справочник технического переводчика

ДЛИНА ВОЛНЫ — (обозначение l), расстояние между следующими друг за другом точками волны, находящимися в одинаковой ФАЗЕ. Например, длину морской волны можно измерить как расстояние от гребня до гребня. Длина волны видимого света (колеблющаяся в пределах от 390 … Научно-технический энциклопедический словарь

ДЛИНА ВОЛНЫ — пространственный период волны, т. е. расстояние между двумя ближайшими точками гармонич. бегущей волны, находящимися в одинаковой фазе колебаний, или удвоенное расстояние между двумя ближайшими узлами или пучностями стоячей волны. Д. в. l связана … Физическая энциклопедия

ДЛИНА ВОЛНЫ — расстояние между двумя ближайшими точками гармонической волны, находящимися в одинаковой фазе. Длина волны l = uT, где T период колебаний, u фазовая скорость волны … Большой Энциклопедический словарь

длина волны — Расстояние по горизонтали между двумя последовательными гребнями или подошвами волны … Словарь по географии

ДЛИНА ВОЛНЫ — (Length of wave) расстояние между гребнями (вершинами) двух смежных волн. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

длина волны — 3.42 длина волны (wavelength): Расстояние между двумя точками одинаковых фаз двух последовательных волновых циклов, измеряемое в направлении распространения волны. Длина волны λ зависит от фазовой скорости vp и частоты f и рассчитывается по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ДЛИНА ВОЛНЫ — хар ка гармонич. волны, равная расстоянию между двумя ближайшими точками, разность фаз волны в к рых равна 2ПИ. Д. в. X связана с частотой колебаний v и фазовой скоростью волны u соотношением Лямбда = u/v. См. рис. К ст. Длина волны … Большой энциклопедический политехнический словарь

Источник

Интерференция света

Световое излучение – это поток волн, который характеризуется интерференцией света. Для получения интерференционной картины, т.е. для получения чередования максимумом и минимумов освещенности экрана, необходимо применить другой метод, нежели в случае радиоволн, где фигурировали два источника возбуждения. Так, при включении дополнительной лампочки в систему уже подключённого источника света увеличивается лишь освещённость получаемой картины. Но почему мы не видим нужное нам чередование? Давайте разбираться.

Условие когерентности световых волн

Всё дело в том, что в случае интерференционной картины в опыте с двумя лампочками, световые пучки, образованные двумя различными источниками освещения, не согласованы между собой. Разность фаз колебаний непостоянна и меняется с течением времени. Интерференция же требует устойчивости этих самых фаз или, проще, интерференционная картина требует, чтобы волны были когерентными.

Разность фаз указывает и на наличие другой физической величины – амплитуды колебаний. Очевидно, что для формирования минимумом и максимумов, необходимо, чтобы длины когерентных волн были равными в разные промежутки времени. Для выполнения этого условия, нужно использовать качественные светофильтры, которое пропускают свет в строго ориентированном узком интервале длин волн. Но можно ли обеспечить постоянную разность фаз от двух независимых источников?

За излучение света, по определению, отвечают атомы, согласовать поведение которых невозможно. Метровые промежутки, которые определяют излучение атома между отдельными «обрывками» называются цугами. Они представляют собой части синусоидальных волн. Соответственно, амплитуда колебаний в любой точке пространства будет разная. Она будет зависеть от сдвига цуг по фазе в конкретный временной промежуток.

Волны от разных источников света априори некогерентны из-за непостоянства разности фаз. Следовательно, никакой устойчивой картины с максимумами и минимумами получить не удастся.

Интерференция в тонких плёнках

Получается, что мы не сможем наблюдать интерференцию? Сможем! Более того, скорее всего её уже все видели. Интерференционная картина знакома всем по мыльным пузырям, которые имеют необычные цветовые переходы.

Радужная окраска тонких плёнок объясняется идеей Томаса Юнга. Учёный предположил, что волны 1 и 2 складываются. При этом одна волна отражается от наружной поверхности плёнки, а другая – от внутренней. Такие условия объясняют наблюдение интерференции с устойчивыми во времени усилениями или ослаблениями результирующих световых колебаний в разных точках пространства.

Степень интерференции зависит от:

Максимум наблюдается в случае, когда преломлённая волна 2 запаздывает от отражённой волны 1 на целое число длин волн.

Минимум фиксируется тогда, когда вторая волна отстаёт от первой на половину длины волны или на нечётное число полуволн.

Когерентность волн в этом случае объясняется различием поведения двух волн: одна отражается от наружной поверхности плёнки, а другая – от внутренней. Получается, что они являются двумя составляющими одного и того же пучка.

Но как объяснить многообразие цветов на мыльной плёнке? Юнг установил, что различие цвета связано с длинами волн. То есть для конкретного цвета характерна волна с определённой длиной волны λ. Чтобы наблюдать максимум в условиях волн, длины которых различаются, необходимо использовать разную толщину плёнки.

Кольца Ньютона

Интерференционная картина, которая возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и лежащей на ней плоско-выпуклой линзой с большим радиусом кривизны, называется кольцами Ньютона. Учёный рассматривал их не только в белом свете, но и при различных освещениях линзы разноцветными световыми пучками. Он установил, что радиусы колец одинакового порядка увеличиваются при переходе от фиолетового спектра к красному. То есть красные кольца обладают самым большим радиусом. Аналогично, расстояния между соседними кольцами уменьшаются с увеличением радиусов (то есть от фиолетового до красного).

Примечательно, что сам Ньютон не смог объяснить условия возникновения колец. Это удалось Юнгу. Повторим его рассуждения на счёт колец Ньютона.

Рассмотрим случай, когда волна с фиксированной длиной волны падает перпендикулярно на плоско-выпуклую линзу.

Увидим, что волна 1 генерируется в результате отражения на границе раздела сред «стекло-воздух». Волна 2, в свою очередь, рождается благодаря отражению на границе «воздух-стекло». Особенность волн в том, что они когерентны, то есть они имеют одинаковую длину волны и постоянную разность фаз. Последнее объясняется тем, что вторая волна проходит больший путь, чем первая, то есть создаёт эффект нужного нам запаздывания.

Важно учесть, что при отражении света из оптически более плотной среды фаза колебаний вектора напряжённости E электромагнитной волны меняется на π. Чтобы пренебречь этим фактом, необходимо вычесть из разности хода половину длины волны.

Волны усиливают друг друга в случае, когда вторая волна отстаёт от первой на целое число длин волн. Но, в случае, когда вторая волна отстаёт от первой на нечётное число полуволн, наблюдается взаимное гашение амплитуд. Если известен радиус кривизны R выпуклой линзы, то можно рассчитать расстояния, на которых разности хода будут такими, что можно будет наблюдать взаимное затухание волн. Эти расстояния называются радиусами тёмных колец Ньютона.

По кольцам Ньютона можно определить длины волн. Для этого достаточно измерить радиусы получаемых окружностей.

Длина световой волны

Интерференция доказывает, что свет – это волны. А цвет света зависит от частоты колебаний и длины волны.

Получается, что то, что мы привыкли называть «краской» — это проявления разных длин волн. Позволяют нам различать краски наши глаза. Они умеют улавливать даже незначительные различия в цвете, которые существуют в достаточно близких между собой диапазонах.

А теперь направим свет из одной среды в другую так, чтобы изменилась длина волны. Мы сможем увидеть этот переход, если, например, наполним водой воздушный зазор между линзой и пластиной. Зафиксируем, что радиусы интерференционных колец уменьшаются. Это происходит из-зато того, при переходе света из вакуума в какую-нибудь среду уменьшается скорость света в n раз. При этом частота волны не меняется, так как v=λν, а меняется длина волны в n раз.

Источник