Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 63

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 63)

е. пренебрежимо мала по сравнению с потерями энергии по другим причинам. Излучение электрона, конечно, приводит к его торможеншо. Само по себе ускоренное движение электрона вызывает излучение. Однако из изложенного выше следует, что это излучение не имеет ничего общего с интерференцией, определяющей излучение Вавилова — Черенкова. Если бы к электрону приложить силу, уравновешивающую все тормозящие силы, тО ускорение исчезло бы, а излучение Вавилова — Черенкова осталось бы. Именно так надо понимать утверждение, что электрон, равномерно движущийся в среде, излучает, если его скорость больше фазовой скорости света в этой среде.

4. Явления, аналогичные излучению Вавилова — Черенкова, давно известны в гидро- и аэродинамике. Например, если скорость судна превышает минимальную фазовую скорость на поверхности воды, то оно начинает непрерывно генерировать волновые цуги, даже когда его скорость остается постоянной. В этом причина так называемого волнового сопротивления, встречаемого судами при двин енин по поверхности воды. То же самое происходит при полете ~нарядов и самолетов в воздухе.

Они начинают излучать ударные волны, называемые волнами Маха (1838 — 1916), если движутся со сверхзвуковыми скоростями. Потери энергии на это излучение 260 [гл мнтвк ьвгвпцпя светл столь значительны, что они обусловливают основное сопротивление, испытываемое снарядами н самолетами при сверхзвуковых движениях.

Указанные явления сложнее излучения Вавилова — Черенкова из-за нелинейности гидродинамических уравнений. 5. Излучение Вавилова — Черенкова может вызываться не только движущимися частицами, но и каким-либо возбуждением, распространяющимся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в среде. Допустим, например, что на границу раздела двух сред падает волна с плоским фронтом АВ (рис. 149).

Вдоль границы раздела побежит возмущение со скоростью У = о,lз(п ~р, где о, — фазовая скорость света в первой среде. Оно возбудит во второй среде излучение Вавилова — Черенкова под углом д к границе раздела. Угол д определяется формулой (38.!), т. е.

соз Ю = о,!'г', где о, — фазовая скррость во второн среде. Замечая, что соз Ю = = з!п ф, отсюда находим з(п фййп ~1 = = о,Ъ,. Это — закон преломления Снеллиуса. Таким образом, преломление света йнс. ыз. можно трактовать как эффект Вавило- ва — Черенкова, возбуждаемый во второй среде падающей волной. Так же можно рассматривать и отражение света. Распространение света в однородной среде тоже подчиняется закону (38.1), В этом случае скорость волкового фронта У совпадает с фазовой скоростью о, так что формула (38.1) дает б = О, т. е.

волновой фронт распространяется без изменения направления. 6. Излучение Вавилова — Черенкова нашло широкое примене. ние в ядерной физике и физике высоких энергий. На нем основано действие так называемых черенковских счелгчиков, т. е. детекторов релятивистских заряженных частиц, излучение которых регистрируется с помощью фотоумножителей. Основное назначение черенковских счетчиков — разделение релятивистских частиц с одинаковыми импульсами, но различными скоростями.

Пусть, например, пучок, состоящий из релятивистских протонов и п-мезонов, проходит через однородное поперечное магнитное поле. Направления траекторий прошедших частиц будут определяться только их импульсами, но не будут зависеть от их скоростей. С помощью диафрагм можно выделить протоны и и-мезоны с одинаковыми импульсами. Из-за различия масс скорости и-мезонов п„окажутся несколько больше скоростей протонов и . Если полученный пучок направить в газ и подобрать показатель преломления п газа так, чтобы было е и ) — )ор, то и-мезоны будут давать излучение Вавилова— Черенкова, а протоны — нет.

Таким образом, счетчик будет реги- 2В! ИЗЛУЧЕНИЕ ВАВИЛОВА — ЧЕРЕНКОВА 4 зв! стрировать только п-мезоны, но не будет регистрировать протоны. Показатель преломления газа в камере счетчика и можно менять, изменяя его давление. 7. В заключение остановимся на вопросе, может ли возникнуть электромагнитное излучение, когда заряженная частица движется равномерно в среде с досветовой скоростью, т.

е. со скоростью, меньшей фазовой скорости света в рассматриваемой среде. Если среда однородна, то ответ будет отрицательным. Действительно, движущаяся заряженная частица на своем пути, конечно, будет возбуждать атомы и молекулы среды. Последние начнут излучать. Однако эти излучения в результате интерференции погасят друг друга, так как при равномерном движении частицы и однородности среды их амплитуды одинаковы, а фазы возрастают линейно В расстоянием, пройденным частицей.

Но если среда неоднородна, то гашения не будет и появится излучение. Такое излучение, на суще. ствовапие которого было указано В. РЕ Гинзбургом и И. М. Франком в 1944 г., назь1вается переходным иэлучениель Особенно наглядно происхождение переходного излучения можно понять на следующем примере. Если электрон (или другая заряженная частица) находится перед плоской границей идеального металла, то электрическое поле вне металла можно рассматривать как поле диполя, состоящего из электрона и его кэлектрического изображениях В поверхности металла !см. т. !П, Ч 23). Если электрон прнблпгкаегся к металлу, то электрическое изображение двн. жется к нему навстречу. При этом электрический момент днполя уменьшается.

Вследствие этого и возникает излучение, В момент, когда электрон пересекает границу металла, происходит как бы аннигиляция эчектрона и его электрического изображения. Так же возникает переходное излучение, когда электрон выходит из металла в вакуум. Аналогично объясняется возникновение переходного излучения, когда заряженная частица переходит через границу двух диэлектриков. В этом случае также применйм метод электрических изображений, хотя и В нссколько измененной форме (см. т, !!!, Ч 24). Переходное излучение наблюдалось уже давно в виде свечения анодов рентгеновских трубок. Конечно, природа этого свечения была выяснена много позднее.

Переходное излучение также используется В счетчиках релятивистских частиц для определения их скоростей. ГЛАВА 1Ч ДИФРАКЦИЯ СВЕТА $39. Принцип Гюйгенса — Френеля. Зоны Френеля 1. Под дифракцией света понимают всякое уклонение от прямолинейного распространения света, если оно не может быть истолковано как результат отражения, преломления или изгибания световых лучей в средах с непрерывно меняющимся показателем преломления.

Если в среде имеются мельчайшие частицы постороннего вещества (туман) или показатель преломления заметно меняется на расстояниях порядка длины волны, то в этих случаях говорят о рассеянии света и термин «дифракция» не употребляется. Явления дифракцни для своего истолкования н количественного рассмотрения не требуют никаких новых принципов. Всякая дифракционная задача, если ее рассматривать строго, сводится к нахождению решения уравнений Максвелла, удовлетворяющего соответствующим граничным условиям.

Однако в такой строгой постановке дифракционные задачи, ввиду нх сложности, допускают аналитические решения лишь в простейших идеализированных случаях. В оптике значительно большее значение имеют нестрогие методы решения дифракцнонных задач, основанные на принципе Гюйггнса в обобщенной формулировке Френеля илн Кирхгофа, 2. В 3 3 мы указывалн, что принцип Гюйгенса в том виде, в каком он был сформулирован самим Гюйгенсом, есть не более чем ггомгтричгский рецепт для построения волновых фронтов. Во всех применениях вторичные волны Гюйгенса выступают не как реальные волны, а как вспомогательные сферы, используемые для такого построения. Эти сферы, построенные из точек волнового фронта как из центров, проявляют свое действие только на огибающей, которая и дает новое положение волнового фронта.

При этом оставалось необъясненным, почему при распространении волны не возникает обратнал волна, Искусственную гипотезу об огибающей вторичных волн Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны при наложении интгрфврируют друг с другом. Свет должен наблюдаться во всех местах пространства, где при интерференции вторичные волны усиливаются; в тех же местах, где они взаимно гасят друг друга, должна наблюдаться темнота. Тем самым выясняется и физический смысл огибающей, К огибаю- 9 391 ПРИНЦИП ГЮПГЕНСА — ФРЕНЕЛЯ. ЗОНЫ ФРЕНЕЛЯ 2зз щей все вторичные волны приходят в одинаковых фазах, и их инч ерференция приводит к большой интенсивности света.

Становится ясным, по крайней мере качественно, и отсутствие обратной волны . Вторичные волны, идущие от волнового фронта вперед, всту пают в свободное от возмущений пространство. Они иитерфери р уют только друг с другом. Напротив, нтор ичные волны, идущие назад, вступают в пространство, где уже есть волновое возмущение— ' прямая волна . При и нтерференци и вторичные волны гасят и рямую волну, так что после прохождения волны пространство за ней о казывается невозмущенным, Френель дал следующую формулировку принципа Гюйгенса, несколько обобщенную Рэлеем (1842 — 1919). Окружим все источники света Ян 5„5„...

произвольной замкнутой поверхностью Р (рис. 150), Каждую точку такой поверхности можно рассматривать как источник вторичных волн, распространяющихся во всех направлениях, г Р Эти волны когерентны, поскольку все они возбуждаются одними и ' л теми же первичными источниками. 5' Световое поле, возникающее в результате их интерференции, в пространсаве вне поверхности Р совпадает в Реы !ЗО. полем реальных источников света, Таким образом, действительные источники света можно как бы заменить окружающей их светящейся поверхностью Р с непрерывно распределенными по ней когерентными вторичными источниками. Отличие этой поверхности от реальной поверхности излучающего тела состоит в том, что она абсолютно прозрачна для всякого излучения.

Характеристики

Список файлов книги