Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 97
Текст из файла (страница 97)
г'., 19оо. **) М. Мики з р т, Свет и цвет в природе, Физмзтгиз, 1953, стр. 312. Это великолепивя книга с»швы<<твом простых опытов из свежем воздухе. 371 стекло независимо от расстояния от стекла до страницы) и не деполяризуется. 77оляризация при зеркальном отражении. Угол Брюстеро, Посмотрите на отражение какого-либо предмета в обычном стекле илн в гладкой поверхности воды.
Воспользуйтесь поляроидом для определения поляризации отраженного света. Вы обнаружите, что при углах падения, близких к 56' для стекла и к 53о для воды, отраженный свет полностью линейно поляризован в направлении, параллельном поверхности. Такой угол падения называется углом Брюстера. Вращая поляроид, вы можете полностью погасить отраженный свет при условии, что угол падения света на отражающую поверхность равен углу Брюстера.
Мы знаем, что угол падения и преломления связаны законом Снеллнуса (справедлнвым для любых углов падения): ог з1п О, = и, гйп О,. (52) Падающий и отраженный лучи образуют равные углы с нормалью к поверхности (закон зеркального отражения). При угле падения О„для которого О, + О, = 90', отраженный луч образует с преломленным (т. е. прошедшим в среду 2) лучом угол в 90'(рнс. 8. 7). К~мпппепммппеппрпуеспеее лепя е пауепуп(ем щуе 1 Рнс. Н.т. угол Брюстера. Покааанные углы соответствуют отражению от стекла 1н.-.1,»Ь Отраженный свет полностью ~на 1Нрка1 поляриаован перпендикулярна плоскости падения.
Это направление покааано кружками. Электроны в стекле находятся под действием преломленной волны. Они колеблются в направлениях, перпендикулярных преломленному лучу. При любом угле падения наблюдатель отраженного света (рис. 8.7), т. е. света, испускаемого электронами стекла, совершающими вынужденные колебания, будет полностью «видеть» лишь ту компоненту движения электронов, которая перпендикулярна плоскости падения (т. е. плоскости рис. 8.7).
Действительно, именно эта компонента перпендикулярна отраженному лучу, и наблюдатель свидит» не ее проекцию, а всю компоненту. Но компонента движения электронов, лежащая в плоскости падения, не перпендикулярна от- Зтз раженному лучу, а, как мы знаем, вклад в отраженное излучение дают лишь компоненты движения, перпендикулярные отраженному лучу. При угле падения Брюстера (см. рис. 8.7) компонента движения электронов, параллельная плоскости чертежа, направлена прямо на наблюдателя, и поэтому ее вклад в излучение в этом напРавлении Ра- 3лел пуеелае 1 вен нулю. Таким образом ЛлпЛпмщптууп ЛпмапмллллллЛуе лелмаплеелпе пгплп отраженный свет полностью поляризован в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Из р ис. Лплрал зт з,,з у Л / исходит прн О, + О, =90'.
Для этого случая яз уравЛме 6п елпмлепиеп пения (52) имеем !пусть п =л1, па=и, з(пОз'= =8)и(90' — О,) =соб 8з) а! (пО,: — — и, 0 =-угол 1урюстера. (53) ! Лпупумупмщее алле ллуе 4 млпуе Фазовыв соотношения дяя зеркально отраженного соета. Интересно найти фазовые соотношения между падающим, отраженным и преломленным светом. Опи показаны на рис. 8.8. Прошедшая (преломленная) волна всегда имеет ту жефазу, что н падающая.
Это можно понять по аналогии с приходящей и проходящей волной в струне. Приходящая волна создает вынуждаюшую силу и образует проходящую волну. Прн этом коэффициент пропускания положителен, так как вынуждающая сила, созданная приходящей волной, подобна вынуждающей силе, явившейся источником приходящей волны. (Количественное рассмотрение отражения и прохождения при нормальном падении см. в и. 5.3.) Преломленная волна создана главным образом первичным источником света и лишь частично излучением электронов стекла, происходящим под действием вынуждающей силы.
Отраженная волна образована излучением электронов, находящихся под действием преломленной волны. Известно также (и. 5.3), что при нормальном падении коэффициент Ллелпалуеелпе пиле ~1 Ллеллрлуе ЛппапупщемлЛпе, Фемаплел ЛзулпмЛпмщее папе тупее Лппелпмлеллпмлууе 1 Рис. 8.8. Фззовые соотношения лля света, отраженного от стекла.
о) угол Н, меньше угла Врюстера: 6> 8, больше угла Врюстера. Кружками показана поляризани», псрпеиликуляриая плоскостн чертежа. Крест и точка означзют, что вектор Е направлен от иас или иа иас соответственво, Стрел- мами показано направление Е в плоскости рисувнз. 373 отражения для электрического поля (при падении света из воздуха в стекло) отрицателен. Мы знаем также, что электрическое поле в отраженной волне будет суперпозицией вкладов, пропорциональных проекции амплитуды колебания электронов на направление, перпендикулярное лучу, проведенному к наблюдателю отраженного света.
Таким образом, мы получим все фазовые соотношения при нормальном падении, если скажем, что при падении света из воздуха в стекло наблюдатель отраженного света «видит> амплитуду, обратную по знаку проекции амплитуды в прошедшей волне (последняя берется на то же направление, т. е. на перпендикуляр к лучу, проведенному к наблюдателю). Это утверждение справедливо не только для нормального падения, но н для всех углов падения. Из него можно получить значение угла Брюстера и фазовые соотношения для всех других углов падения.
Интенсивность света при зеркальном отражении. Мы не станем заниматься выводом формул для интенсивности отраженного светав), Используя поляроиды и предметное стекло микроскопа, вы легко проверите, что интенсивность компоненты, линейно-поляризованной в направлении, перпендикулярном плоскости падения, увеличивается при изменении угла падения от 0' (нормальное падение) до 90' (скользящее падение). При нормальном падении от одной поверхности отражается около 4ете интенсивности падающего света н около 8«та от покровного стекла микроскопа, имеющего две поверхности.
При скользящем падении отражается практически 100"е падающего света. Интенсивность компоненты, поляризованной в плоскости падения, прн отражении от обеих поверхностей предметного стекла составляет около 8>тб при нормальном падении, уменьшается до нуля при угле Брюстера (56') и затем постепенно возрастает до 100ее при скользящем падении (см. домашний опыт 8.26). Окно Брюс>лера в лазере.
Существование угла Брюстера можно использовать для получения стеклянного окна, пропускающего 100'Уе света. Такое устройство называется олнож Брюстера. Предположим, что у вас есть прибор, в котором луч света должен проходитьчерезстеклянное окно. При нормальном падении через окно проходит 92Уа падающей интенсивности (около 4фе теряется на каждой поверхности). Во многих случаях с такой потерей интенсивности можно примириться, но в газовом лазере, где отражающие зеркала расположены за окнами, свет будет около 100 раз проходить через окна, и 0,92 в сотой степени составит всего лишь 0,0003.
Таким образом, в газовом лазере потеря в 8ео на одно прохождение недопустима. Остроумное решение проблемы можно получить, расположив окно так, чтобы свет падал под углом Брюстера. При этом компонента, поляризация которой перпендикулярна плоскости падения, ча- ») Лрекрасиый вывод этик формул, называемых формулами Френеля, Лаи Р. Фейимаиом. См, «Фейимаиовские лекции по физике», выпуск 7, Москва, «Мир» Рзбб. 374 стичио отражается н частично проходит. После большого числа прохождений через окно она почти полностью удаляется из пучка благодаря отражениям.
С другой стороны, компонента с поляризацией, параллельной плоскости падения, полностью проходит, так как при угле Брюстера коэффициент отражения ддя этой компоненты равен нулю. Поэтому даже после многих прохождений окна потери этой компоненты пренебрежимо малы. В конечном итоге половина света пропадает, гг стдггр:и г а вторая половина выходит из лазера полностью линейно-поляризованной. Недорогие газовые лазеры, обычные для учебных физических лабораторий, имеют окна Брюстера, Если у вас есть такой лазер, проверьте с помощью поляроида поляризацию испускаемого света.
Действие окна Брюстера показано иа рис. 8.9. Поляризация радуги. Поляризация радуги — пример еще более эффектный, чем поляризация голубого неба. Постарайтесь предсказать, является лн поляризация радиальной или тангенциальной ~относительно дуги радуги). Если вы не можете дождаться радуги, чтобы проверить свои предсказания, то получите искусственную радугу, воспользовавшись садовым шлангом илн пульверизатором *).
8.4. Двойное лучепреломление В п. 8.3 мы научились изменять поляризацию пучка электромагнитных волн с помощью избирательного поглощения или отражения. (Избирательность в данном случае означает, что одна компонента поляризации поглощается илн отражается сильнее другой.) Здесь мы покажем, как можно изменять поляризацию излучения, меняя относительную фазу двух компонент.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
