Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Эволюция представлений о природе света 1. Пифагор (около 580 — 500 до н. э.) считал, что предметы становятся видимыми благодаря мельчайшим частицам, испускаемым ими н попадающим в глаз наблюдателя. Декарт полагал, что свет— это сжатие, распространяющееся в идеальной упругой среде (эфире), заполняющей мировое пространство и промежутки между частицами тел. Однако последовательно провести эту точку зрения Декарт не смог, при выводе законов отражения и преломления он пользовался представлением о свете как о потоке частиц. Гук (1635 — !703) также считал, что свет представляет собой импульсы сжатия, распространяющиеся мгновенно или с очень большими скоростями. (Скорость света была определена только в 1676 г.
Олаь)юм Ремером (1644 — !710) из наблюдений затмений спутников Юпитера.) Несколькими годами ранее Гука чешский монах Марци (1595 — 1667) и итальянский монах Гримальди (1618 — 1663) также пришли к мысли, что свет представляет собою быстро распространяющиеся волны. Подобные отрывочные высказывания о природе света были усовершенствованы н развиты в более систематические теории Исааком Ньютоном (1643 — 1?27), с одной стороны, и Христианом Гюйгенсом (1629 — !695), с другой.
Основные оптические работы Ньютона докладывались в Лондонском Королевском обществе (1671 — 1675 гг.) и были напечатаны в трудах этого общества. Содержание этих сообщений, наряду с другими оптическими исследованиями Ньютона, было заимствовано из его «Лекций по оптикез '), которые он читал в Кембридже в 1669 — !671 гг. Спустя много лет (в 1704 г.) вышла знаменитая ') Исаак Ньютон. Лекции по оптике. Перевод, комментарии и редакция академика С, И, Вавилова, Издательство ЛН СССР, !946, 7. Удобный метод измерения показателя преломления твердых тел состоит в следующем.
Плоскопараллельная пластинка из исследуемого вещества рассматривается в микроскоп. Сначала микроскоп устанавливается для наблюдения верхней поверхности пластинки, Затем смещают тубус микроскопа вниз, пока на будет отчетливо видна нижняя поверхность пластинии, (Для удобства наблюдения на поверхностях пластинки можно сделать метки.) Показать, что если смешение тубуса равно А, а толщина Цластинки (, то показатель преломления пластинки можно найти по формуле 20 ггл, г ВВЕДЕНИЕ книга Ньютона «Оптика» '). В оптике Ньютон сосредоточил основное внимание на экспериментальных исследованиях и стремился при изложении этого, как и других разделов физики, отделить достоверные факты от сомнительных гипотез.
Эксперимепталыгые исследования Ньютона по оптике вплоть до Х!Х века не имели себе равных. Его «Оптика» служила основным источником, из которого черпали материал все учебники того времени Г«Лекции по оптике» были опубликованы после смерти Ньютона и по ряду причин остались почти неизвестными). Что касается природы света, то к этому вопросу Ньютон подходил значительно более осторожно, чем все остальные ученые, включая Гюйгенса. Он предпочитал с самого начала строить чисто феноменологическую теорию, освобожденную от произвольных гипотез.
Все, что относится к физической природе света, он выделил в особый раздел, содержащий 31 «вопрос», которым заканчивается его «Оптика». Здесь после тщательного рассмотрения различных исключающих друг друга возможностей Ньютон пришел к заключению, что факты говорят больше в пользу корпускулярной теории, чем волновой. Поэтому он, правда не без колебаний и сомнений, отдал предпочтение корпускулярной теории. Гюйгенс в своих высказываниях о природе света не был столь сдержанным и осторожным, как Ньютон.
Он не сомневался в волновой природе света, Свои воззрения он изложил на заседании Г1арижской Академии наук!1678 г.), а затем более полно в сочинении «Трактат о свете» '), опубликованном в 1690 г. В этом сочинении впервые в истории оптики была сделана. попытка изложить с единой — волновой — точки зрения распространение, отражение, преломление н двойное лучепреломление света. 2. Перейдем к более подробной характеристике корпускулярной и волновой теорий света. Согласно корпускулярной теории, свет состоит из мельчайших частиц, или корпускул, исггускаемвгх свепгяи!имися те,гами.
С этой точки зрения прямолинейное распространение света сводится к закону инерции. Для истолкования закона независимости световых пучков надо было ввести предположение, что средние расстояния между корпускулами в световых пучках настолько велики, что корпускулы практически не взаимодействуют между собой; случаи сближения, в котбрых проявляется такое взаимодействие, крайне редки и при существующей точности эксперимента ускользают от наблюдения. Отражение и преломление света корпускулярная теория объясняла силами притяжения и отталкивания, действующими на световые корпускулы в очень тонком приграннчном слое вблизи границы г) И. Ньютон. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света.
Перевод с примечаниями С. И. Вавилова, Гостехиздат, М., !954. з) Х, Гюйгенс, Трактат о свете. Госиздат, М, — Л., !935. и з1 эволюция пивдстхвлинии о пиииоди свити 21 раздела сред, на которую падает свет. Внутри приграничного слоя путь световой корпускулы искривляется, по выходе из него корпускула движется снова прямолинейно и равномерно, но уже в другом направлении. Если корпускула отражается, то она возвращается Рис. 9. Рис. 1О.
в первую среду с прежним значением скорости. Если же корпускула проходит во вторую среду, то величина ее скорости изменяется (рнс. 9 и 10). Ввиду тонкости приграничного слоя явление воспринимается так, как если бы на границе сред происдоддл резкий излом траектории корпускулы (как показано на рис. 9 и 10 пунктирными линиями). 1 ии р у Для вывода количественных законов отражения и преломления света надо было ввести предположение, что 1 силы, действующие на световую корпускулу в приграничном слое, нар- 1 мальны к границе раздела сред. Такие силы меняют только нормальные скорости световой корпускулы, оставляя Рис. 11. касательные без изменения.
Рассмотрим, например, преломление света. Обозначим через а, скорость световой корпускулы в первой среде, а через аи — во второй. В силу равенства касательных составляющих этих скоростей о, з(п ~Р = ви з(п ф (Рис. 11), или и1п ~р си иги ф сс (З.1) Эта формула была получена Ньютоном. Из нее следует, что в сильнее преламляющих средах скорость света должна быть больие, чем в менее преломляющих.
Однако, чтобы из формулы (3.1) вывести закон преломления Снеллиуса, необходимо добавочное предположение, что отношение скоростей света аи и п1 для световых корпускул одного и того же типа постоянно, т. е. определяется только свойствами сред 1 и 2, в которых корпускулы движутся, но не зависит от того, каким путем они туда попали. Если использовать вввдвнив ил.| экспериментальный факт, что в вакууме скорость света одна и та же, то для выполнения этого условия необходимо потребовать, чтобы все силы, действующие на световые корпускулы в приграничных слоях, были потенциальны. (Заметим, что цвета света тогда можно объяснить, например, различными размерами корпускул.) Однако то обстоятельство, что скорость световой корпускулы зави* сит только от среды, в которую она испускается, но не зависит от способа испускания, представляется малопонятным с точки зрения классической механики.
В этом отношений корпускулярная теория уступает волновой теории, поскольку в Последней скорость света, естественно, есть характеристика толькосамой среды, в которой он распространяется. При справедливости введенных предположений показатель преломления среды 2 относительно среды 1 определяется выражением пм = о2/ом (3.2) В частности, для абсолютного показателя преломления получаем п=о/с, (3.3) где с — скорость света в вакууме, Следовательно, и, = от/с, и, = = о,/с, а потому пм — — п,/и„ (3.4) что совпадает с формулой (2.2). Однако это обстоятельство нельзя рассматривать как аргумент в пользу корпускулярной теории, так как такое же соотношение следует и из волновой теории.' 3. Согласно волновой теории, свет представляет собой волны, распространяющиеся в гипотетической всепроникающей среде,— мировом нли световом эфире — заполняющей все мировое пространство и промежутки между мельчайшими частицами тел.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
