Інтерференція світла
Для одержання когерентних джерел світла вдаються до штучного прийому: розділяють пучок світла від одного джерела на два чи кілька пучків, які йдуть у різних напрямах, а потім знову зводять і накладають один на одного. Якщо ці частини однієї хвилі пройдуть різну відстань, то між ними виникне різниця фаз, обу¬мовлена різницею ходу хвиль, і при накладанні хвиль повинні виникнути інтерференційні явища. Це розді¬лення пучка на два можна здійснити різними способами. Наприклад, за допомогою біпризми. Біпризма - це дві вузькі призми, складені малими основами.
Поставимо перед біпризмою джерело S монохро¬матичного випромінювання, тобто випромінювання з однією строго визначеною частотою коливань. Таке випромінювання можна дістати за допомогою світло¬фільтра, який пропускає світло одного кольору, точ¬ніше - однієї частоти коливань. На екрані Е виникне інтерференційна картина. Вона є чергуванням світлих і темних смуг, із світлою смугою посередині. Світлі смуги інтерференції мають колір світлофільтра, вста¬новленого перед джерелом світла.
Пояснюється виникнення інтерференційної картини так. Усі промені, які падають на праву призму, після заломлення в ній ідуть так, ніби вони вийшли з точки S1, яка є уявним зображенням джерела світла S. Анало¬гічно промені після заломлення в лівій призмі йдуть так, ніби вони вийшли з точки S2. Таким чином, на всій поверхні екрана відбувається накладання когерентних променів, які ніби йдуть від двох уявних і когерентних джерел світла S1 і S2 У середині інтерференцій¬ної картини проти джерела світла видно світлу смугу, оскільки в цьому місці когерентні хвилі на¬кладаються з однаковими фа¬зами. При віддаленні від центральної світлої смуги на екрані різниця ходу променів зростає, і коли вона досягає (1/2 l), на екрані по обидва боки від центральної світлої вини¬кають темні смуги. Коли різ¬ниця ходу променів досягає l, на екрані виникають світлі смуги, потім при різниці ходу променів 3/2 l, - темні смуги і т. д.
Якщо на біпризму спрямувати світло якогось іншого кольору, то спостерігати¬меться аналогічна інтерференційна картина, але від¬стані між світлими і темними смугами будуть іншими. Наприклад, при освітленні біпризми червоним світлом відстані між смугами виявляються більшими, ніж при освітленні зеленим чи синім світлом.
А що спостерігатиметься на екрані, якщо біпризму освітити білим світлом? У цьому випадку теж спостері¬гатиметься інтерференційна картина: в центрі буде видно білу світлу смугу, а по обидва боки від неї - кольорові смуги, забарвлені всіма кольорами райдуги. Виникнення різнокольорових смуг легко пояснити. Припустимо, що для якоїсь точки А різниця ходу променів S1А - S2А дорівнює цілому числу довжин хвиль червоного світла, а для хвиль світла іншого забарвлення ця умова не виконується. Однак для іншої точки В екрана різниця ходу променів S1В- S2В дорівнює цілому числу довжин хвиль уже зеленого світла, а для світла іншого забарвлення (в тому числі й червоного) ця умова не виконується. Для точки С різниця ходу променів дорівню¬ватиме цілому числу довжин хвиль вже для фіолетового світла.
Дістати когерентні світ¬лові пучки можна за допо¬могою дзеркал Френеля, які являють собою два плоскі дзеркала, розміщені під кутом майже 180° одне до. Якщо на ці дзеркала спрямувати пучок світла, то він роздвоюється дзеркалами і від кожного дзеркала світло поширює¬ться розбіжним пучком. Після відбивання обидва пучки світла накладаються один на одного і інтерферують. На екрані виникає така сама інтерференційна картина, як коли б екран освітлювався когерентними джерелами S1 і S2, уявними зображеннями джерела світла S у дзеркалах.
? 1. У чому полягає явище інтерференції світла? 2. За якої умови інтерферуючі хвилі підсилюють одна одну? взаємно послаблюють?
3. Що необхідно для отримання стійкої інтерференційної картини?
4. Які хвилі є когерентними? 5. Як можна отримати когерентні світлові хвилі?
§ 41. Дисперсія світлаПід час вивчення заломлення світла було встановле¬но, що заломлення на межі розділу двох середовищ пояснюється різницею в швидкостях поширення світла в цих середовищах. Показник заломлення показує, у скільки разів швидкість світла в одному середовищі більша чи менша за швидкість світла в другому середо¬вищі. З іншого боку, явища інтерференції і дифракції свідчать про те, що кожному кольору світлових проме¬нів відповідає певна довжина хвилі. Тоді з відомої фор¬мули l = u/n випливає, що швидкість поширення світла в речовині має залежати від частоти світла n. Спробуємо з'ясувати цю залежність на досліді.
Спрямуємо вузький пучок білого світла на одну з граней тригранної призми. Заломлюючись у призмі, пучок дає на екрані видовжене зображення щілини з яскравим райдужним чергуванням кольорів - спектр. Крайніми з боку заломлюючого ребра призми виявляються промені червоного світла. Поряд з ними будуть промені оранжеві, потім жовті, далі зелені, блакитні, сині і, нарешті, фіолетові (з боку основи призми).