yavor2 (553175), страница 28
Текст из файла (страница 28)
О 298 9.10в 'в 997,6 3. Были разработаны лабораторные методы определения скорости света: метод прерываний и метод вращающегося зеркала. По Рнс. 63.6. методу прерываний (рис. 63.5) свет от источника и пропускается импульсом через прерыватель П, проходит некоторое расстояние 7.
и, отразившись от зеркала 3, возвращается к прерывателю. Если прерыватель работает периодически с периодом Т, то отраженный свет пройдет через него прн условии, что время движения сигнала т=2Ыс равно периоду, т. е. Т=т=21!с. В этом случае свет проходит через прерыватель„отражается от полупрозрачного зеркала А н попадает в зрительную трубу Т.
Скорость света с= 2Ыт = 2ЫТ = 27.ч, (63.20) где т = 1/Т вЂ” частота прерываний. И. Л. Физо в 1849 г. использовал в качестве прерывателя вращающееся зубчатое колесо. Полученный результат с= = 315 10' км7с был для того времени неплохим. В настоящее время 138 в качестве прерывателей применяются оптические затворы, управляемые сложнымп радиоэлектронными приборами. Зто позволило резко повысить точность измерений.
В 1950 г. Бергштранд, используя базу /.=7 км, получил для скорости света значение (в вакууме) с = 299 793,1 ~ 0,25 км/с. 4. Метод вращающегося зеркала впервые был использован в установке Л. Ж. Б. Фуко в 1862 г. Ему удалось уменьшить базу /. до 4 м, сообщив зеркалу 800 оборотов в секунду. Пропустив свет через трубу, заполненную водой, он показал, что скорость Рис.
63.6. света в воде меньше, чем в воздухе, в полном соответствии с выводами волновой теории света (см. (63.3)). Майкельсон усовершенствовал метод вращающегося зеркала. Схема его установки показана на рис. 63.6. Пучок света от источника 1 проходит через диафрагму 2 и фокуснрующую систему 3 и падает на грань а, вращающегося восьмигранного зеркала. Отразившись от грани а„пучок попадает на зеркало 4 и далее, как видно на чертеже, движется через систему зеркал: 4-«5-«б-«7-« -«8-«7-«б-«9 — «10 до грани а, восьмигранного зеркала.
Отразившийся от этой грани свет попадает в зрительную трубу 11. Вогнутые зеркала б и 7 располагались на двух горах, расстояние между которыми Ь = 35 373,21 м. Восьмигранное зеркало совершало ч = 528 об.'с. За время т, в течение которого свет пробега ч удвоенное расстояние между горами, зеркало поворачивалось на 1/8 оборота, так что на месте грани а, оказывалась грань а„и в зрительной трубе 1/ был виден свет. Длительность одной восьмой 1 ! оборота составляет т= — = — с; расстояние, пройденное све- зэ 8 528 том, ! = 2/. =-2 35 373,21 м. Скорость света с=1/э=16/.ч. С учетом погрешности эксперимента Майкельсон в 1926 г. получил для скорости света значение: с = 299 796 ~ 4 км/с. 5. Во всех опытах по измерению скорости света световой сигнал разбивается на импульсы. В методе Ремера прерывания происходят ~зэ за счет затмений, в методе Майкельсона — за счет вращения зеркала и т.
п. Следовательно, в опыте л»ь» измеряем скорость волнового пакета, т. е. групповую скорость. Фазовую скорость света в этом же веществе можно вычислить, измерив предварительно показатель преломления и и дисперсию Ли!Ав с помощью какого-либо интерферометра (Я 61.8, 61.9). По фазовой скорости и показателю преломления вычисляется затем скорость света в вакууме. 6. Новый метод измерения скорости света появился после создания квантовых генераторов (см.
6 79.4). Идея его очень проста: следует измерить независимо друг от друга длину волны и ее частоту, а затем по формуле с= от (56.3) вычислить скорость света. Точные измерения длины волны удобно производить в оптическом диапазоне с помощью интерферометров (см. 6 61.8), точные измерения частоты — в радиотехническом диапазоне, где за эталон частоты принята частота излучения цезиевого квантового генератора (длина волны 3,27 см).
Затем с помощью нелинейных преобразователей, аналогичных детектору (см. 6 60.5), сравнивают частоту оптического излучения с эталоном. В конце 1972 г. таким л»етодом была измерена скорость света в вакууме с очень высокой степенью точности: с = 299 792 456,2 »- 1,1 м/с. ГЛАВА 64 ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕ1А 9 64.1. Поляризованный и естественный свет 1. В отличие от продольной упругой волны, у которой колебания частиц происходят вдоль луча, частицы в поперечной волне колеблются в направлениях, перпендикулярных лучу 8 55.1).
Если представить себе, что луч направлен, например, вдоль оси абсцисс, то для продольной волны все направления на плоскости Чг равноправны, а у поперечной волны существует выделенное направление, физические свойства которого отличаются от других тем, что вдоль этого направления происходят колебания светового вектора, т. е. вектора напряженности электрического поля (~ 61.2). Принято плоскость, в которой колеблется электрический вектор Е, называть плоскостью колебаний.
По историческим причинам плоскость, в которой происходят колебания магнитного вектора Н, принято называть нлоскося»ью поляризации. Плоскость колебаний волны, которую излучает колеблющийся заряд или диполь (рис. 59.4), проходит через луч и вектор ускорения. Задав луч и плоскость колебаний, мы тем самым автоматически задаем и плоскость поляризации. 2. Электромагнитная волна, у которой направления колебаний векторов Е и О строго фиксированы, называется линейно поляризованной волной. Иногда вместо этого термина применяется термин 140 плоско поляризованная волна.
Если речь идет о световых волнах, то говорят о линейно полчрпзованном свете. 3. Атомы излучают свет отдельными цугами (5 61.2). Поэтому свет, излучаемый телом, состоящим из множества атомов, представляет собой набор большой совокупности цугов. Но в веществе нет какого-либо механизма, который согласовывал бы излучение отдельных атомов; наоборот, атомы излучают независимо друг от друга, и весь процесс излучения носит случайный, статистический характер. В 2 61.6 мы показали, что статистический механизм излучения света приводит к беспорядочному изменению фазы волны, вследствие чего свет обычно некогерентен.
Статистический характер излучения света приводит также к тому, что у каждого волнового цуга своя плоскость колебаний, а у световой волны, как совокупности цугов, плоскость колебаний меняется беспорядочно. Мы видим, что волна, излучаемая обычными источниками света, не является поляризованной: у нее векторы поля колеблются не в фиксированном направлении, а беспорядочно во всех направлениях, перпендикулярных лучу.
Световая волна, у которой направления колебаний электрического (и соответственно магнитного) вектора хаотически меняются, так что для него равновероятны все направления колебаний а плоскости, перпендикулярной лучу, называется естественным (неполяризованным) светом. 5 64.2. Анализатор. Закон Малюса 1. Представим себе резиновый шнур, по которому бежит поперечная волна. Если бы даже шнур был невидимым, то мы все равно могли бы определить положение плоскости колебаний с помощью установки, изображенной на рпс. 64.1. Когда плоскость колебаний совпадает с плоскостью щели, образованной параллельными досками, волна пройдет через установку; если же повернуть доски на 90', то колебания подавляются, и волна сквозь щель не пройдет.
Ряс 64.1. Аналогично можно с помощью антенны типа диполя, настроенной в резонанс с волной, определить положение плоскости колебаний в линейно поляризованной электромагнитной волне. Если расположить диполь так, чтобы он лежал в плоскости колебаний (рис. 64.2, а), то лампочка ярко загорится. В этом случае колебания электрического вектора, направленного вдоль проводника, вызовут в проводнике вынужденные колебания — токи высокой 141 а) б) Рис. 64.2.
2. Прибор, с помощью которого можно обнаружить положение плоскости колебаний поляризованной волны, называется анализатором. В описанном выше опыте с упругой волной на шнуре анализатором служила система из двух досок со щелью. В опыте с электромагнитной волной анализатором служила антенна в виде диполя. Принцип действия и конструкция анализатора Ер в оптическом диапазоне будут рассмотрены в э 64.6. 3.
Если антенну-анализатор в опыте, изо- / Е браженном на рис. 64.2, медленно поворачи- Ф / вать из положения а в положение б, то яря' кость горения лампочки станет плавно умень/ шаться от максимума в положении а до нуля в положении б. При дальнейшем повороте диполя интенсивность свечения станет вновь нарастать и достигнет максимума, когда диполь повернется на 180'. Данное явление объясняется следующим образом.
Пусть колебания электрического вектора происходят в вертикальном направлении с амплитудой Е, и путь направление диполяанализатора составляет угол а с плоскостью колебания (рьс. 64.3). Разложим вектор Е, на две составляющие: вдоль антенны Е и перпендикулярно ей Ех. Как видно из рисунка, Е =Е,созсс, Е„=Есз!пи. (64.1) Рис. 64.3 Колебания тока в антенне вызовет лишь одна составляющая поля, 142 частоты.
Ток, протекая по нити накала лампочки, раскаляет ее, н лампочка светится. Если повернуть диполь на %', то вектор напряженности электрического поля окажется перпендикулярным проводнику (рис. 64.2, б). При этом ток в проводнике возникнуть ие может, и лампочка погаснет. Такой же эксперимент можно поставить и с поляризованным светом, что будет рассмотрено в 2 64.6. а именно — вектор Е, направленный вдоль антенны.
Под действием вектора Еь никакие колебания в антенне не возникнут. 4. Вспомним, что интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды (з 55.3). Обозначив интенсивность волны 1,='яЕ, 'и интенсивность колебаний в антенне 1 ='аЕ*, имеем 1/1, = Е*НЕ,'. (64.2) Сопоставив полученную пропорцию с первым равенством системы (64,1), получим 1 = 7осоз'и.
(64.3) Итак, интенсивность волны, прошедшей анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостью колебаний волны п осью анализатора (закон Малюса). й 64.3. Двойное лучепреломление Е Существует ряд кристаллов, в которых луч света, преломляясь, расщепляется на два луча о разными свойствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
