Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Такой способ определеняя концентрации широко применяется в производстве различных веществ, в частности в сахароваренни (соответствующий прибор называется с а х а р и- метром). Установка поляризатора на темноту не может быть осуществлена достаточно точно. Поэтому вместо обычного поляризатора применяются так называемые пол утеневые устройства, с помощью которых производится установка не на темноту, а на равенство освещенностей двух половин поля зрения. Простейшее полутеневое устройство представляет собой сочетание двух расположенных рядом друг с другом поляризаторов, плоскости которых Р' и Р" образуют небольшой (порядка 5') угол (рис.
!3!). Если плоскость колебаний 185 Е /~, Е / 1 и падающего света перпендикулярна к биссектрисе этого угла, то обе половины поля зрения будут освещены одинаково. При малейшем повороте плоскости колебаний равенство освещенностей сразу нарушится. Глаз очень чувствителен к нарушениям равенства освещенностей двух соседних полей. Поэтому с помощью полутеневого устрой- '1 !' ства положение плоскости поля- Г 1 / ризации может быть установлено Е'~ ~ с гораздо большей точностью, чем путем установки поляризатора на темноту. На рис. 132 изображена схема простейшего сахариметра. Р— обылный поляризатор, Р' — полу- теневое устройство, К вЂ” кювета, в которую наливают исследуемый раствор. Полутеневое устройство устанавливается на равенство освещенностей обеих половин поля зрения дважды — до и после заливки раствора в кювету.
Угол между обоими положениями устройства дает угол поворота плоскости поляризации раствором. На оправе полутеневого устройства наносится шкала, против делений которой отмечаются непосредственно значения концентрации. Н. А. Умов создал очень эффектный демонстрационный опыт, основанный на вращении плоскости .поляризации (винт Умова). Цилиндрический стеклянный сосуд длиной 0,5 — 1 м и диаметром порядка 10 см Р Р' заполняется концентрированным раствором сахара и герметически закупоривается. Если через сосуд пропустить вдоль его оси плоскополярнзо- Рис. 132.
ванный белый свет,топри наблюдении сбоку жидкость представляется заполненной навитыми вокруг оси сосуда радужно окрашенными лентами (рис. 133). При вращении поляризатора Р вся картина смещается вдоль оси сосуда. Чтобы понять причины возникновения винта Умова, рассмотрим прохождение плоскополяризованного моно- 186 хроматического света через раствор сахара, заключенный в сосуде с плоскими стенками (рис. 134). При наблюдении сбоку мы будем видеть рассеянный свет. Если бы раствор сахара не вращал плоскость поляризации, вынужденные колебания зарядов, обусловленные проходящим через раствор светом, совершались Р бы в одной плоскости, совпадающей с плоскостью // // / / // поляризатора Р.
Вследствне направленности излучения элекрнческого диполя (см. т. П, рис. 246) интенсивность рассеянного света максимальна в направлении, перпендикулярном к плоскости Р„ и равна нулю в направлениях, лежащих в этой плоскости. Оптическая активность сахара приводит к тому, что направление колебаний поворачивается по мере прохождения плоскополяризованного света через сосуд. Поэтому в одних местах колебания зарядов совершаются в вертикальном направлении (прн наблюдении сбоку эти места будут светлыми), в других местах — в горизонтальном направлении (эти места будут темнымн). Таким образом, сбоку жидкость /Ю Рас.
134. представляется состоящей из чередующихся светлых и темных слоев, перпендикулярных к лучу света, идущему через сосуд. Расстояние между соседними светлыми (или темными) слоями равно тому пути, при прохождении которого плоскость поляризации поворачивается на 180'. При пропускании белого света из-за дисперсии вращательной способности максимумы интенсивности рассеянного света для разных длин волн придутся на разные сечения сосуда, так что жидкость будет представляться распавшейся на радужно окрашенные слои. 187 Рис.
!35 В цилиндрическом сосуде нз-за преломления рассеянных лучей при выходе из стекла в воздух ') окрашенные слои оказываются наклоненными относительно оси сосуда, давая картину, изображенную на рис. 133. На рнс. 135,б дан поперечный разрез сосуда. Лучи, идущие в глаз наблюдателя от верхней части, от середины и от нижней части сосуда, обозначены !', 2' и 8'. Середина сосуда будет казаться темной в том сечении, где колебания зарядов имеют направление, указанное'двусторонней стрелкой 2 (на рис. 135, а это сечение обозначено тоже цифрой 2). Верхняя часть сосуда будет !' темной,в том сечении, г У г' в котором колебания совершаются вдоль на,г правления ! (сечение ! на рис. 135,а).
Наноау ф нец. нижняя чаСть сосуда будет темной в том сечении, в котором колебания зарядов совершаются вдоль направления 8 (сечение 8 на рис. 135, а). Сечения ! и 8 лежат симметрично относительно сечения 2. Точки 1, 2 и 8 воспринимаются наблюдателем как имеющие одинаковую яркость (в монохроматическом свете) или одинаковую окраску (в белом свете). Магнитное вращение плоскости поляризации.
Оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено Фарадеем (1846 г.) и поэтому называется иногда эффектом Фарадея. Оно наблюдается только при распространении света вдоль направления магнитного поля (точнее — вдоль направления намагничения).
Поэтому дли наблюдения эффекта Фарадея в полюсных наконечниках электромагнита просверливают отверстия, через которые проиускается луч света. Исследуемое вещество помещается между полюсамн электромагнита. Угол поворота плоскости поляризации ~р пропорционален пути 1, проходимому светом в веществе, и напря- ') На границе раствора со стеклом луч преломляется иезначительао (относительный показатель преломления блиаок к единице), 188 женности магнитного поля Н (точнее — намагиичению вещества): ~р = У(Н. (34.3) Коэффициент У называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная У, как и постоянная вращения а, зависит от длины волны.
Направление вращения определяется по отношению к направлению магнитного Ноля. Для пол ож и тел ьн ы х веществ направление поля и направление вращения образуют правовинтовую систему, для отрицательн ых веществ — левовинтовую систему. От направления луча знак вращения не зависит. Следовательно, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, поворот плоскоста поляризации удвоится. Магнитное вращение плоскости поляризации обусловлено возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит (см. т.
И, $ 52). В результате прецессии электронов скорость волн с различным направлением круговой поляризации становится неодинаковой, а это, как мы видели, приводит к вращению плоскости поляризации. Оптически активные вещества под действием магнитного поля приобретают дополнительную способность вращать плоскость поляризации, которая складывается с их естественной способностью. ГЛАВ А Ч1 ОПТИКА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД И ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ й 35.
Опыт Физо и опыт йчайкельсона До сих пор мы предполагали, что источники, приемники и другие таха, относительно которых рассматри валось распространение света, неподвижны. Естественно заинтересоваться вопросом, как скажется иа распространении света движение, например, источника или приемника световых волн. При этом возникает необходимость указать, относительно чего происходит движение.
В акустике (см. т. 1, 5 86) мы рассмотрели движение источника и приемника звуковых волн относительно среды, в'которой эти волны распространяются. Выяснилось, что такое движение оказывает влияние на протекание акустических явлений (эффект Допплера) и, следовательно, может быть обнаружено. Первоначально волковая теория рассматривала свет как упругие волны, распространяющиеся в некой среде, получившей название мирового эфира. После возникновения теории Максвелла на смену упругому эфиру пришел эфир — носитель электромагнитных волн и полей.
Под этим эфиром подразумевалась особая среда, заполняющая, как и ее предшественник упругий эфир, все мировое пространство и пронизывающая все тела. Раз эфир представлял собой некую среду, можно было рассчитывать обнаружить движение тел, например источников или приемников света, по отношению к этой среде В частности, следовало ожидать существования «эфирного ветра», обдувающего Землю при ее движении вокруг Солнца. 190 Обнаружение движения тел относительно эфира привело бы к появлению абсолютной системы отсчета, по отношению к которой можно было бы рассматривать движение всех других систем. В механике (см.
т. 1„ $17) мы познакомились с принципом относительности Галилея, согласно которому все механические явления протекают в различных инерциальных системах отсчета одинаковь1м образом '). Из этого утверждения вытекает полная равноправность в механическом отношении всех инерциальных систем отсчета. Обнаружение эфира сделало бы возможным выделение (с помощью оптических явлений) особенной (связанной с эфиром), преимущественной, абсолютной системы отсчета. Тогда движение остальных систем можно было бы рассматривать по отношению к этой абсолютной системе.
Из сказанного вытекает, что выяснение вопроса о взаимодействии мирового эфира с движущимися телами имело большое значение. Можно было допустить три возможности: 1) эфир совершенно не возмущается движущимися телами; 2) эфир увлекается движущимися телами частично, приобретая скорость. равную ао, где о — скорость тела относительно абсолютной системы отсчета, а в коэффициент увлечения, меньший едйницы; 3) эфир полностью увлекается движущимися телами, например Землей, подобно тому как тело при своем движении увлекает прилежащие к его поверхности слои газа (см. т.
1, 9 60). Однако такая возможность опровергается рядом опытных фактов, в частности существованием явления аберрации света. В 9 4 мы видели, что изменение видимого положения звезд может быть обьяснено движением телескопа относительно системы отсчета (среды), в которой рассматривается распространение световой волны.
Опыт Физо. В 1351 г. Физо, с целью выяснения во* проса о том, увлекается ли эфир движущимися телами, осуществил следующий опыт. Параллельный пучок света от источника 5 разделялся посеребренной полупрозрача ной пластинкой Р на два пучка, обозначенных цифрами 7 и 2 (рис. 136). За счет отражения от зеркал Мь Ма и Ма пучки, пройдя в общей сложности одинаковый ') Ииыми словами, уравнения механики вввариаитиы ио отиошеиию к иреобрааоваиию координат и времеви от одной ииерциальвой системы отсчета к другой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
