Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Во время перерыва деформируем объект, не изменяя, однако, его положения в голографической установке. Вновь осветим теперь уже деформированный объект и еще раз экспонируем голографическую пластинку. Закончив вторую экспозицию, фотопластинку проявим и отфиксируем обычным способом. В результате на пластинке окажутся зарегистрированными две голограммы, полученные с одной и той же опорной волной. Первой будет голограмма недеформированного объекта, второй — деформированного. Как подчеркивалось выше, запись двух или нескольквх голограмм на одной фотопластинке вполне допустима, в отличие от фиксации нескольких перекрывающихся оптических изображений на обычной фотопластинке.
Восстановление изображений недеформированного и деформированного объекта с помощью «двойной» голограммы осуществляется по схеме, показанной на рис. 286. Как было объяснено раньше, полную амплитудную и фазовую информацию несут лишь световые пучки 3 и 4, которые мы и будем рассматривать. Поскольку в данном случае просвечивается «двойная» голограмма, за ней возникнут два волновых поля 3 и 3' и два волновых поля 4 и 4'. Одно из каждой пары этих полей соответствует недеформнрованному объекту, другое— деформированному, Так как обе интересующие нас пары волновых полей образуются в результате просвечивания голограммы одним пространстненно когерентным световым пучком, волновые поля каждой пары могут интерферировать между собой и давать стационарную интерференциопную картину. Но волновое поле 3 отличается от волнового поля 3' (так же как поле 4 от поля 4') тем, что между их голографической записью объект был деформиронан.
Следовательно, при просвечивании «двойной» голограммы суперпозиция полей 3 н 3' и полей 4 н 4' даст на действительном и мнимом изображениях объекта интерференционную картину, выявляющую его деформации. Существенно, что при таком способе эталоном для сравнения деформированного объекта служит не специально 363 приготовленная с оптической точностью обработанная поверхность, а сам объект. Таким образом, метод голографической интерферометрни неизмеримо расширяет возможности интерференционных оптических наблюдений и измерений, в частности, как мы отмечали, позволяет исследовать деформации объектов произвольной формы и с произвольным качеством поверхности, Рис. 291. Изображение деформированного шириковога подшипника а также деталей, никак специально для этого не подготовленных.
На рис. 291 показано изображение шарикового'подшипника, сжатого в кулачках патрона токарного станка, Оно получено в результате просвечивания «двойной» голограммы, которая записывалась сначала до, а затем после возникновения деформаций в объекте. Ннтерференционпые полосы на поверхности подшипника выявляют распределение этих деформаций. Голографическая интерференция широко применяется для целей неразрушающего контроля.
Можно, например, выявлять раковины и слабые места сварки в стенках полых сосудов. Для этого нагревают воздух внутри сосуда, что вызывает расширение его стенок, причем участки с различной теплопроводиостью расширяются по-разному, Картина интерференционных полос позволяет обнаруживать места, в которых теплопроводность отлична от нормальной. Аналогично этому испытывают сосуды под давлением: ослабленным местам будут соответствовать более частые интерференционные полосы. Возможно использование голографической интерференции и для контроля качества автомобильных шин по деформации их поверхности при небольшом изменении давления (рис.
292). На ослабленные места указывают области высокой концентрации интерференционных полос (отмечены Рис. 292. Изображение дефектной автомобильной шины (в двух проек- циях) стрелками). На рисунке приведены восстановленные изображения шины в двух проекциях. Голографический метод применяется также для исследования колебательных процессов. В этом случае обычным способом снимают голограмму колеблющейся поверхности, например, мембраны, причем продолжительность экспонирования голограммы значительно превосходит период колебания мембраны.
Таким образом, в течение экспозиции колеблющаяся поверхность многократно проходит все положения, заключенные между двумя крайними. Однако большую часть времени мембрана находится в крайних положениях, поскольку при максимальном отклонении от положения равновесия скорость ее движения минимальна. Полученную усредненную по времени голограмму можно рассматривать в качестве двухэкспозиционной. С ее помощью так же, как и в методе двух экспозиций, наблюдаются интерференционные полосы, позволяющие рассчитать амплитуду колебаний различных точек мембраны.
365 Изображение мембраны, восстановленное с подобной го, лограммы, приведено на рис. 293. Рис. 293. Изображение колеблющейся мембраны Метод двух экспозиций с применением лазеров, дающих мощные кратковременные импульсы света, с большим успехом был применен для ивтерферометрии быстропротекающих процессов. На рис. 294 приведено изображение ле- Рис.
294. Изображение ударных волн, создаваемых лезищей пулей тящей пули, полученное с помощью двухэкспозиционной голограммы. Видны интерференционные полосы в области ударной волны. Г л а в а ХЧ). ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА И ПОПЕРЕЧНОСТЬ СВЕТОВЫХ ВОЛН Е 144. Прохождение света через турмалин.
Явления интерференции и дифракции, послужившие для обоснования волновой природы света, не дают еще полного представления о характере световых волн. Новые черты открывает нам опыт над прохождением света через кристаллы, в частности через турмалин. Возьмем две одинаковые прямоугольные пластинки турмалина а), вырезанные так, что одна из сторон прямоугольника совпадет с определенным направлением внутри кристалла, носящим название оптической оси.
Наложим одну пластинку на другую так, чтобы оси их совпадали по направлению, и пропустим через сложенную пару пластинок узкий пучок света от фонаря или солнца. Так как турмалин Рис. 295. Схема опыта по наблюдению прохождения света через две пластинки турмзлина: 5 — источник света; ) — первая и 2 — вторая пластинки турмалина представляет собой кристалл буро-зеленого цвета, то след прошедшего пучка на экране представится в виде темно- зеленого пятнышка. Начнем поворачивать одну из пластинок вокруг пучка, оставляя вторую неподвижной (рис. 295).
Мы обнаружим, что след пучка становится слабее, и когда пластинка повернется на 90', он совсем исчезнет. При даль- ') Турмалин — манокристалл сложного химического состава (содержащий окислы алюминия, кремния, бора и других химичесних элементов). !Примеч. ред.) Збу нейшем вращении пластинки проходящий пучок вновь начнет усиливаться и дойдет до прежней интенсивности, когда пластинка повернется на !80', т. е.
когда оптические оси пластинок вновь расположатся параллельно. При дальнейшем вращении турмалина пучок вновь слабеет, проходит через минимум (исчезает), когда оси пластинок оказываются перпендикулярными, и доходит до прежней интенсивности, когда пластинка возвращается в первоначальное положение. Таким образом, при повороте пластинки на 360' интенсивность пучка, прошедшего через обе пластинки, два раза достигает максимума (когда оси пластинок параллельны).
Явления протекают совершенно одинаково, какую бы из двух пластинок мы ни поворачивали и безразлично в какую сторону, а также будут ли пластинки соприкасаться или находиться на некотором расстоянии друг от друга (рис, 295). Но если устранить одну из пластинок и вращать вторую, или вращать обе пластинки вместе так, чтобы оси их все время составляли неизменный угол, то мы не обнаружим никакого изменения в интенсивности проходящего пучка. Таким образом, изменение интенсивности происходит только тогда, когда свет, прошедший одну из пластинок, встречает другую, ось которой меняет свое направление по отношению к оси первой.
й 145. Гипотезы, объясняющие наблюдаемые явления. Понятие о поляризованном свете. Итак, свет, прошедший сквозь турмалин, приобретает особые свойства. Свойства световых волн в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, становятся анизотропнмми, т. е. неодинаковыми относительно плоскости, проходящей через луч и ось турмалина. Поэтому способность такого света проходить через вторую пластинку турмалина зависит от ориентации оптической оси этой пластинки относительно оптической оси первой пластинки. Такой анизотропии не было в пучке, идущем непосредственно от фонаря (или солнца), ибо по отношению к этому пучку ориентация турмалина была безразлична. Можно объяснить все наблюдающиеся явления, если сделать следующие выводы. 1.
Световые колебания в пучкенаправлены п е р п е яд и к у л я р н о к линии распространения света (световые волны поперечны). 2. Турмалин способен пропускать световые колебания только в том случае, когда они направлены определенным образом относительно его оси (например, параллельно оси). зев 3. В свете фонаря (солнца) представлены поперечные колебания л ю б о г о н а п р а в л е н и я и притом в од и н а кона й доле, так что ни одно направление не является преимущественным. Мы будем в дальнейшем называть свет, в котором в одинаковой дале представлены все направления поперечных колебаний, ес!пественным светом.
Вывод 3 объясняет, почему естественный свет в одинаковой степени проходит через турмалин при любой его ориентации, хотя турмалин, согласно выводу 2, способен пропускать световые колебания только определенного направления. Действительно, как бы ни был ориентирован турмалин, в естественном свете всегда окажется одна и та же доля колебаний, направление которых совпадает с направлением, пропускаемым турмалином, Прохождение естественного света через турмалин приводит к тому, чта из поперечных колебаний о т б и р а ю т с я только те, которые могут пропускаться турмалином, Поэтому свет, п р о ш е д ш и й ч е р е з т у р м а л и н, будет представлять собой совокупность поперечных колебаний о д н о г о направления, определяемого ориентацией оси турмалина.
Такай свет мы будем называть линейно поляризованным, а плоскость, содержащую направление колебаний и ось светового пучка,— плоскостьго поляризации. Теперь становится понятным опыт с прохождением света через две последовательно поставленные пластинки турмалина.
Первая пластинка п о л я р и з у е т проходящий через нее пучок света, оставляя в нем колебания только о дн о г о направления. Эти колебания могут пройти через второй турмалин п о л н а с т ь ю только в том случае, когда направление их с о в п а дает с направлением колебаний, пропускаемых вторым турмалином, т.
е. когда его ось параллельна оси первого. Если же направление колебаний в поляризованном свете п е р п е иди к у л я р но к направлению колебаний, пропускаемых вторым турмалином, то свет будет полностью задержан. Это имеет место, когда пластинки турмалина, как говорят, с к р е щ е и ы, т. е. их оси составляют угол 90'. Наконец, если направление колебаний в поляризованном свете составляет острый угол с направлением, пропускаемым турмалином, то колебания будут пропущены лишь ч а с т и ч н о. ф 146.
Механическая модель явлений поляризации. Объяснение, предложенное в предыдущем параграфе, можно иллюстрировать с помощью механических опытов. Веревка, 369 колеблющаяся в одной плоскости, например в вертикальной, может служить моделью поляризованной световой волны. Моделью естественной световой волны служит веревка, плоскость колебаний которой быстро меняется, принимая за короткий срок разнообразные ориентации. Две доски, разделенные узким зазором (щель), играют роль модели турмалнна: колебания веревки, направленные вдоль зазора, легко проходят через щель, колебания, перпендикулярные к зазору, задерживаются. Опыты, изображенные Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
