Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Очевидно, стекла должны быть без отпечатков пальцев.) 5.2. Опыт. Интерференция в тонких пленках. (См. п. 5.5.) Наполните таз теплой водой. Капните иа поверхность воды каплю масла и наблюдайте, как масло ргстекается, (Возьмите легкое масло; прованское масла, например, слишком тяже. лсе, и оно не будет растекаться.) Наблюдайте отражение неба (или другого протяженного источника света) в капле по мере ее растекания. (На дно таза хорошо поместить черную тхань или бумагу, чтобы избежать нежелательного отражения от дна.) Заметьте, что цветные узоры не появляются, пока пленка масла не расползлась по площади порядка 10х10 елр.
Почему? Наблюдайте за цветными узорами по мере расползания пленки. Когда пленка станет достаточно тонкой, узоры исчезнут. Пленка будет казаться темной в местах, где толщина масла наименьшая. Здесь толщина пленки меньше четверти длины волны. Иене«ьэуйте этот факт длл грубой оценки длины волны видимого свети, приняв толщину темной области пленки за восьмую часть длины волны. Оцените площадь пленки и, зная первоначальный объем капли, найдите толщину пленки, а по толщине определите длину волны. 5.3.
Опыт. ГГергходн»>е стоячие волна в «лружинт*). Закрепите адин конец «пружиньа и возьмитесь за другой. Растяните «пружнну» примерно на 1 0 и. Встряхните очень быстро 3 или 4 раза ваш конец «пружины». 11о <пружине> будет распространяться волновой пакет. «Налюбовавшись> пакетом, распространяющимся в прямом и обратном направлениях по <пружине>, обратите внимание на область вблизи закрепленного конца. Когда волновой пакет входит в эту область, огра.
жагтся н движется в обратную сторону, вы можте наблюдать нереходную стоячую волку. Зта волна существую, >юиа падающий и «лражеиный а«кеты перекрываются. Опыт показывает, что стоячую волну можно считать суперпозицией двух бегущих волн, распространяющихся в противоположных направлениях. 5.4. Опыт. Многократное внутреннее отражение з предметном стекле микро- скола. Нарисуйте ход луча, падающего (слева) пад некоторым углам на стеклянную пластинку. Покажите первый прошедший через пластинку луч, второй (т, е. прошедший через пластинку после двух внутренних отражений), третий и т. д. Теперь посмотрите через предметное стекло микроскопа на точечный или линейный источник.
Расположите стекло близко к глазу. Начните с нормально падаю. щего света и постепенно наклоняйте стекло. Наблюдайте «виртуальные источники», появляющиеся вследствие многократных отражений. (Этот эффект будет сильным *) См. сноску на стр. 24. 236 при скользящем падении лучей.) Обратите внимание на свет, который выходит не нз поверхности стекла, а у торцов пластинки. Это — «захваченный» свет, который в конце концов выходит из стеклянной пластинки, когда достигает ее торцов. При снапьзящем падении света на поверхность стекла угол падения света на торцевые поверхности пластинки близок к нормальному.
5.6. Отражения в передаюи!их линияк. Предположим, что коаксиальная передающая линия 1 (харакгеристический импеданс 50 ом) подсоединена к линии 2 (характеристический импеданс 100 ом). а) Импульс напряжения +10 в (максимальное значение) приходит из первой линии во вторую. Какова величина (в вольтах) и знак отраженного импульса? Какова «высота» прошедшего импульса? б) Импульс+10 в поступает из !00-омной линии в 50-омиую. Найдите величины отраженного и прошедшего импульсов. 5.6.
Необратимое согласование сопротивлений. Рассмотрим передающие ли. нии нз задачи 5.5. а) Как с помощью обыкновенного сопротивления, подключенного к этим линиям, добиться того, чтобы импульс, распространяющийся из линии 1 в линию 2, проходил 100-омную линию без отражения? Чему равна величина этого сопротивления? Нарисуйте примерный чертеж, показывающий центральную нить и внешний экран (второй провод) каждой линии в месте их соединения, а также подключенное сопротивление. б) Какова величина прошедшего импульса? (Величина падающего импульса +10 в.) в) Теперь предположим, что импульс +10 в послан в обратном направлении, т.
е. из ! 00-анной линии в 50-омную. Что произойдет? Определите величину страженного и прошедшего импульсов. г) Рассмотрим задачу передачи импульса из 100.анной линии в 5!)-омную без образования отражения. Какой должна быть величина сопротивлении и как сга следует подключить к месту соединения линии? Какова величина прошедшего импульса, если величина падающего равна +10 в? Что произойдет, если такой импульс будет распространяться из 50-омной линии в 100-омную? 5.7. Свет с длиной волны к=5000 А падает нормально на прозрачный пластиковый диск, за которым стоит второй такой же диск.
Расстояние между дисками велико по сравнению с длиной волны. Какая часть света пройдет через диски, если показатель преломления дисков н= 1,5» Пренебрегаем поглощением, внутренним многократным отражением и интсрференционными эффектами. О т в е т. (зрею/Еози 0 85. 5.8.
Сравнйте амплитуды, интенсивности н коэффициенты отражения для света, падающего нормально на гладкую поверхность раздела, для падения; !) нз воздуха в воду и 2) нз воды в воздух. (Для воды п.=!,ЗЗ.) 5.9. Отражения в тонкои пленке воздуха. Возьмите две оптически плоские стеклянные пластины. Пусть с одной стороны края пластин касаются друг друга, а с противоположной стороны между пластинами вставлена полоска бумаги, толщина которой равна толщине страницы этой книги.
Таким образом, между пластинамн находится воздушный клин. Мы хотим, чтобы последовательныс узоры (кайма) зеленого света были отделены друг ат друга расстоянием порядка 1 мм, чтобы их легко было наблюдать. Чему должна быть равна длина й воздушного клина? 5.10. Опыт. Полосы Фабра — Перо в оконном стекле.
Для этого опыта необходим широкий, почти монохроматичный источник света, Наиболее дешевым и простым в обращения источником такого типа является стандартная неоновая лампа!20 или 220 в, ввинчивающаяся в обычный патрон. Лампы такого типа используют электромонтеры для проверки напряжения в сети. Прн работе лампы возникает круглый диск светящегося неона диаметром около 2,5 см.
Включите лампу и посмотрите на нее через дифракционную решетку, расположенную близко к глазу. В спектре первого порядка, который виден под углом 15 — 20' относительно центрального оранжевого изображения источника, вы сможете увидеть по крайней мере три ярких иэображения источника: зеленое, оранжевое и красное.
(В действительности каждое из этих изображений состоит из большого числа ярких линий.) Наблюдаемые «виртуальные источники» четки и не размазаны, что указывает на монохроматичность каждого отдельного изображения (в пределах, конечно, разрешающей способности глаза). Каждый «источник» соответствует различным переходам возбужденного атома неона. Опыт состоит в следующем. Возьмите обыкновенный кусок стекла, например предметное стекло микроскопа или кусок окон- нога стекла*). В крайнем случае можно использовать окно в вашей комнате. Расположив неоновую лампу около лица, наблюдайте отражение лампы в куске стекла.
Если вы видите два отражения, то возьмите другой кусок стекла. (Оконное стекло после многих лет медленного вязкого течения становится клинообразным.) Найдите чередующиеся темные и архив полосы (т. е. горизонтальные линии) в отраженном свете. После минутного поиска их можно легко обнаружить, после чего наблюдение за ними не составит труда. (Стекло должно находиться на расстоянии примерно бО см.) Появление полос объясняется интерференцией между отражениями от задней и передней поверхностей стекла. Чтобы доказать эта, приклейте на поверхность стекла кусок прозрачной ленты и расположите стекла так, чтобы сначала эта поверхность была обращена к вам, а потам от вас.
Наблюдайте за поло. сами на изображении источника в отраженном свете, когда лента находится в области отражения. Липкая поверхность соприкосновения ленты со стеклом является оптически грубой поверхностью, так как она имеет нерегулярности (например, прослойки воздуха) меньшие, чем длина волны света. В некоторых местах свет переходит из стекла в ленту без отражения (показатель преломления ленты близок к показателю преломления стекла) и отражается, только когда достигает внешней, обращенной х глазу, гладкой поверхности ленты. В других местах лента не касается поверхности стекла и отражение возникает от поверхности воздух— стекло (т. е, воздух находится между поверхностью стекла и наклеенной лентой).
Теперь, наблюдая интерференционные полосы,можно выяснить, является ли пластина стекла или целлофана оптически плоской. Прозрачная лента не является оптически плоской, а поверхность стекла оптически плоская. Испытайте поверхности полярондов, пластинок в четверть и половину длины волны, а также оптических фильтров из вашего оптического набора.
Являются ли они оптически плоскими? Для этих опытов годится также обычная флюоресцентная лампа, но неоновая лампа лучше. Вот опыт, который можно сделать с неоновой лампой (еслн не удастся выполнить его с флюоресцентной лампой). Наблюдайте за интерференционными полосами, возникающими при отражении света неоновой лампы от поляроида. Затем поместите перед глазами другой поляроид (или воспользуйтесь очками от солнца с поляраидами). Наблюдайте за полосами при обеих ориентациях поляронда-мншени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
