Преломление волн

В конце 17 века почти одновременно возникли две теории света – НьютонаиГюйгенса.

Ньютон предложил корпускулярную теорию света, согласно которой свет представлял собой поток световых частиц (корпускул), летящих от светящегося тела по прямолинейным траекториям. Гюйгенс выдвинул волновую теорию, которая рассматривала свет как упругую волну, распространяющуюся в мировом эфире. В течение более ста лет корпускулярная теория считалась предпочтительной, так как основывалась на законах классической механики. В начале 19 века Френель на основе волновых представлений объяснил все известные в то время оптические явления. В результате волновая теория получила признание, а корпускулярная была забыта почти на столетие.

В 1864 году Максвелл создал электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны, длина которых заключена в пределах от 0,4 до 0,75 мкм.

При распространении электромагнитных волн в зависимости от условий наблюдаются такие явления, как отражение, преломление интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия, рассеяние, поглощение. Отмеченные явления могут быть объяснены с позиций волновой теории света.

Получим законы отражения и преломления исходя из представлений волновой оптики. Воспользуемся принципом, выдвинутым в 1650 году голландским физиком Гюйгенсом. Согласно принципу Гюйгенса каждая точка фронта волны S(t) рассматривается как источник вторичных сферических волн, огибающая которых дает положение фронта волны S(t+Dt) в момент времени t+Dt (рис. 2.9.1 a, б).

В однородной изотропной среде фронты вторичных волн в момент времени t+Dt представляют собой сферы радиуса VDt, центры которых лежат на поверхности S(t) (рис. 2.9.1, а, б).

Огибающая S(t+Dt) строится по ту сторону от фронта S(t), в которую распространяется волна, то есть по направлению лучей.

Рассмотрим плоскую волну, которая падает на границу раздела двух диэлектриков 1 и 2 (рис. 2.9.2).

Угол a между направлением распространения FA и перпендикуляром AE к границе MN называется углом падения. Фронт падающей волны AB в некоторый момент достигнет границу раздела MN в точке A, которая станет источником вторичной волны. За время Dt падающая волна достигнет точки С, а фронт вторичной волны достигнет точек полусферы, радиус которой равен AD = V₁Dt =BC.

Положение фронта отраженной волны в этот момент в соответствии с принципом Гюйгенса изобразится плоскостью CD, а направление распространения этой волны – лучом AD.