Интерференция света. Читатель: В самом начале нашего разговора о свете было сказано, что свет – это электромагнитная волна

Читатель: В самом начале нашего разговора о свете было сказано, что свет – это электромагнитная волна. Но мы рассмотрели уже немало световых явлений, разобрали принцип действия различных оптических приборов, а волновых свойств света пока ни разу не наблюдали. А какие вообще есть основания полагать, что свет – это волна?

Автор: Давайте рассмотрим два экспериментальных факта.

Факт 1. Опустим проволочное кольцо в мыльный раствор так, чтобы на кольце образовалось мыльная пленка, а затем расположим кольцо вертикально (рис. 19.1, а). Под действием силы тяжести раствор стекает вниз, и пленка принимает форму клина, узкого вверху и постепенно расширяющегося книзу (рис. 19.1, б).

Рис. 19.1 Рис. 19.2

Если осветить такую пленку светом определенного цвета, например красным, то можно увидеть ряд горизонтальных темных и светлых полос (рис. 19.2). Если осветить такую пленку солнечным светом, то полосы будут разноцветными – в них можно найти все цвета радуги.

Согласитесь, если рассматривать свет как лучи, которые распространяются в однородной среде прямолинейно, объяснить этот опыт будет весьма затруднительно!

Факт 2. Это явление наблюдал в 1675 году Исаак Ньютон. Он положил на плоскую стеклянную пластину плосковыпуклую линзу с очень большим радиусом кривизны (около 10 м) (рис. 19.3, а). Посмотрев на линзу сверху, ученый увидел картину из чередующихся темных и светлых колец (рис. 19.3, б).

Рис. 19.3

Понять происхождение минимумов и максимумов освещенности в этом случае исходя из представлений о свете как о лучах также весьма затруднительно!

А теперь давайте вспомним, что нечто похожее мы уже наблюдали, когда рассматривали наложение механических волн на поверхности воды[1].

Можно одновременно возбудить две круговые волны в ванне с помощью двух шариков, укрепленных на стержне (рис. 19.4).

Рис. 19.4 Рис. 19.5

Результат взаимодействия двух волн в данном случае представляет собой чередование максимумов и минимумов возмущения водной поверхности (рис. 19.5). Это явление и называется интерференцией волн.

Световые волны тоже обладают способностью давать картину интерференции, и именно это явление имеет место в описанных нами экспериментальных фактах.

Читатель: Почему же интерференция света наблюдается так редко?

Автор: Главная причина в том, что световые волны очень малы: порядка 1 мкм!

Приведем значения длин световых волн для различных цветов спектра в вакууме (табл. 19.1).

Вспомним, как связаны длина волны, период, частота и скорость распространения волны[2]:

, (19.1)

где l – длина волны; υ – скорость распространения волны, Т – период, n – частота.

Если световая волна распространяется в вакууме, то ее скорость – это скорость света в вакууме[3] с = 3,0×10⁸ м/с. Поэтому для световых волн, распространяющихся в вакууме, справедливо:

, (19.2)

Если это не оговорено особо, в задачах данного параграфа будем считать скорость света в воздухе равной скорости света в вакууме.

Задача 19.1. Длина волны красного света в воздухе 780 нм. Найти соответствующую ей частоту колебаний.

l = 780 нм с = 3×108 м/с	Решение. Воспользуемся формулой (19.2): = 3,8×102 ТГц.
n = ?

Ответ: l » 3,8×10¹⁴ Гц = 3,8×10² ТГц.

СТОП! Решите самостоятельно: А1, А2, В1.

Читатель: Волна, насколько я помню, – это процесс распространения колебаний. А какая величина «колеблется» в световой волне?

Автор: По современным представлениям, свет – это электромагнитная волна, поэтому колебания совершают напряженность электромагнитного поля и индукция магнитного поля [4].