Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 123
Текст из файла (страница 123)
Если стекло оптически плоское, полосы представляют собой окружности, пентрированные вокруг вашего глаза, но в любом случае они ясна видны. Газовая горелка и нож, смоченный в растворе соли, являются яркими источниками монохроматического спета н вы сможете сделать этот опыт даже при дневном свете. В качестве пр~ктого, стабильного и широкого источника монохроматического света можно рекомендовать неоновую лампу.
9.27. Опыт. Трубка в качестве слектроиетри, линии Фраунгофера, Возьмите картонную трубку длиной от 45 до 60 см. На одном конце трубки смонтируйте одиночную щель. Ее лучше всего сделать нз двух бритвенных лезвий. Одно из них закрепите неподвижно с помощью ленты скотча, другое закрепите с помощью пластилина или замазки, чтобы иметь возможность менять ширину щели (узкая щель — лучшее разрешение, широкая щель — болыпе света). Наблюдайте с помощью такого спектрометра за источниками света, перечнсленвыми в опыте 9.25.
В о п р о с. Можно ли такам спектрометром разрешить дублет в спектре натрия (?.г=-5890 А и )««=5896 А)? О т в е т. Нельзя; чтобы улучшить рзэрешсние, можно взять решетку с меньшим расстоянием д между лвниями или увеличить число используемых линий. Последний способ означает увеличение ширины Е) решетки. В нашем приборе Р— диаметр вашего зрачка, близкий к 2 мм.
Добавив телескоп с диаметром объектива, близким к 2 с»<, вы можете улучшить угловое разрешение Л(Р в !О раз, если все лучи, прошедшие через объектив, попадут в ваш зра юк и дифракционная решетка будет лежать на самой линзе. С помощью такого спектрометра можно увидеть линии Фраунгофера в спектре Солнца. Выберите для этого солнечный день. Положите на землю несколько слоев белой бумаги (больше одного для того, чтобы она была «очень белой») и посмотрите на ее поверхность через ваш спснтрометр.
Используйте плотную ткань или одеяло, чтобы защитить глаза от рассеянного света. Воспользуйтесь так же краем трубки, чтобы <спрятать» ослепляюще яркий свет нулевого порядка. Ширину щели сделайте равной 0,5 мм. Заметьте, что непрерывный спектр Солнца пересечен несколькими темными линиями. Если вы их не видите, попытайтесь подрегулировать ширнну щела, чтобы дабнтьси лучшей освещенности. Другой метод заключается в том, чтобы покрыть очень узкую щель несколькими слоями вощеной бумаги (или кальки) и с»ютреть на небо вблизи Солнца, лгеняя интенсивность света степенью приближения к направлению на Солнце.
Темные линии являются линиями поглощения, Горячее Солнце испускает непрерывный спектр излучения, которое возбуждает атомы относительно холодной внешней газовой оболочки Солнца. Атомы оболочки излучают свет, соответствующий их характеристическим частотам. Оболочка для таких частот почти непрозрачна, и этим объясняются черные линии, возникающие в областях спектра, отвечающих харантерзстическим частотам, Легче всего наблюдать близко распо.
ложенные линии в желтой части спектра, связанные с излучением атомов железа, кальция и магния, линию водорода в зелено-синей части спектра и нссколькотесно расположенных углеводородных линий в синей части спектра. Они аналогичны линиям испускания, которые вы наблюдали в спектре пламени газовой горелки. Может быть, вам удастся заметить линию поглощения натрия, хотя автору это удае~ся с трудом.
Чтобы знать, где искать эти линии, посмотрите на линии испускания натрия, кидая крупицы соли в пламя горелки. Именно эти линна будут «потеряны» ва фрзунгоферовском спектре. (См. цветную вклейку после стр. 480.] 9.28. Опыт. Дифраяция водяных волн, Осветите замну сверху лампой с небольшой питью в прозрачном баллоне (нам нужны резхие тена). Теперь создайте бегущие «прямые волны» — двухмерный аналог плоских волн,— покачивая доску у края ванны. Пусть кофейная чашка будет непрозрачным препятстписм. Оцените расстояние Е, за которым «тень» от чашки размывается. Предположим, что диаметр чашки вам неизвестен. Оцените его экспериментально: для этого нужно пзвле|ь квадратный корень нз произведения Е на длину волны водяных волн. (Происхождение этой форму.чы см, в п.
9.б.) Заметим, чго этим методом определяется диаметр атомных ядер — по измерениям их дифрзнццонного поперечного сечения. (3 з м еч а и и с, В этом опыте довольно трудно измерить длину волны. Проще колебать доску в определенном темпе (каи можно быстрее), чтобы знать частоту. По частоте и дисперсионному соотношению для волн в воде (и.
4.2) можно определить длину волны.) )«ак согласуется ваша оценка размеров чашки с ее действительными размерами? 9.29. Кахов»г поперечные рпэмеры «плоской волн»о ош далекого гпочечного исто«- ника? Мы часто ) тверждаем, что бегущая волна от далекого точечного нсточнина может счятзшся «плоской» в пределах ограниченной части пространства, перпендикулярной .чинви, соединяющей источник с точкой ноля. Чем ограничена величцна этой области? Пусть 1 — расстояние до источника, а рассматриваемая область представляет собой круг радиусом А».
Сколь большим может быть радиус )?, чтобы разность фаз колебаний в центре круга и по его периферии не превосходила Агр радиан? О т в е т. Фаза в центре круга опережает фазу по его периферии на величину Аф= †.я??»<ЕЛ. Таким образом, фаза «почти не мевяется» по всей плошади круга, если площадь круга мала по сравнению с ЕЛ.
9.30. Самая большая из существующих параболических антенн находится в Национальной радиоастрономической обсерватории (Западная Вирджиния) и представляет собой параболическую «тарелку» диаметром около 100 м. Чему равно 469 угловое разрешение этой антенны в радианах и в мин>тах дуги (эту единицу используют астрономы) для знаменитой 21-см линии водорода? О т в е т.
Точечный источник, удаленный на 100 м, будет иметь размер мяча для волейбола. 9.31, «Выходной зрачок» телескопа. Рассмотрим простой телескоп, состоящий из линзы-объектива и окуляра. Угловое увеличение телескопа равно 1»»1"„где Г» и 1» — фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно.
Покажите, что не все лучи от далекого объекта, падающие на линзу-объектив (ее диаметр велик), попадают в ваш глаз и что «используемый диаметр» линзы. объектива равен произведению г»гг» на диаметр зрачка глаза. Пусть наш телескоп дает восьмикратное увеличение, а свет, выходящий из телескопа, образует параллельный пучок диаметром 4 мм (это в два раза больше диаметра зрачка, что удобно для работы с телескопом). Прн этих условиях диаметр лннзы-объектива должен быть равен 32 лм. Большей диаметр не будет использован. 9.32. Опыт.
Дифракщ»я на непрозрачных пргпяглсташт. Зтот опыт хорошо получается с белым источником света, который можно сделать из сильного ручного фонарика с 6-в лампой, если удалить линзу, а рефлектор закрыть черной материей. (Размер вити у лампы долл«ен быть около 0,5 льн.) Расстояние между источником и препятствием долмсен быть не менее 3 л».
При этих условиях волну в области препятствия размером в булавку можно считать «когерентной плоской волной», В качестве экрана можно взять предметное стекло микроскопа, к которому приклеен слов полупрозрачной ленты скотча. Пусть тень ог препятствия падает на этот экран, расположенный на ргсстоянпи около 30 сж от глаза (подберите зто расстояние по вашему глазу, чтобы вам было удобно смотреть на экран). Ваш глаз должен быть почти по линии источник света — тень на экране, так как полупрозрачный экран рассеивает свет под малым углом (в направлении вперед). Целью нашего опыта (кроме наблюдения за прекрасными дифракционными картинами) является грубая проверка представления о «дание тени» 6», которая определяется уравнением Г»?.
1?», где /Э вЂ” ширина препятствия. Среди различных препятствий используйте булавку (если ее ширина 0,5 мм, то 7» 50 см для видимого света) и волос (прв толщине волоса 0,05 мж 6» 0,5 сл«). Начнем с булавки. Расположим экран на расстоянии 5 — 6 м от булавки. При этом дифракционная картина достаточно велика, так что увеличительное стекло не нужно. Чтобы избавиться от влияния неоднородностей полупрозрачной ленты скотча, »южно слегка покачать экран. Обратите внимание на яркое пятно в центре тени от б) лавоч пои головки и на яркую линию по оси самой булавки. Что ярче: пятно от головни и яркая линия плн сам светящийся экран вблизи изображения? Теперь рассмотрвте изображение булавки, приблизив экран на расстояние 5 см от булавки. (Может понадобиться увеличительное стснло, если у вас недостаточно сильное зрение.) Заметьте, что в этом случае тень совершенно темная, без ярких мест в центре.
Объяснение в том, что вы приблизились на расстояние, гораздо мсньшее йщ На краях тени видны полосы. Зтого следует ожидать (см. п. 9.6). Теперь рассмо»рнм изображение волоса. Расположим экран непосредственно за волосом (на расстоянии 1 л«м) и будем смотреть на тень через увеличительное стекло. Она покажется резкой и черной, так как 5 мало по сравнению с 6». Увеличим расстояние до нескольких сантиметров.
Вы увидите красивые полосы. Отодвиньте экран на 5 — б,к — это расстояние в несколько сот раз больше? н Из наших рассуждений следует, что теперь тень должна быть практически размазана н на фоне света от источника ее будет трудно рассмотреть. Глаз является весьма чувст. вительным детектором контрастов, и, возможно, вам удастся кое-что увидеть. Рассмотритс другие препятствия, например острие ножа, отверстия в алюминиевой фольге н т. и. 9.33. Опыт. Скотч«ай»п.
Достаньте кусок красной ленты скотчлайта. Ее примениют для декораций, для устройства отражателей, связанных с техникой безопас. нос~и; для освещения пузырьковых камер н т. п. Рассмотрите ее поверхность через увеличительное стекло. Укрепите полоску скотчлайта на стене и направьте на нее свет карманного фонаря. Держите фонарь вблизи носа, чтобы наблюдать свет, отраженна»й под углами, близхими к 180'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
