Презентация к уроку по теме "Интерференция света в жизни человека"

Интерференция света в жизни человека

В 1802 г. английский учёный Томас Юнг поставил опыт по сложению пучков света от двух источников , в результате чего получил не меняющуюся во времени картину, состоящую из чередующихся светлых и темных частиц

При наложении двух когерентных волн образуется так называемая интерференционная картина , т.е. не меняющаяся со временем картина распределения амплитуд колебаний в пространстве

Опыт Юнга является неопровержимым фактом того, что свет обладает волновыми свойствами

При каких условиях можно наблюдать интерференцию света ?

Когерентные волны ;

• одинаковые длина волн
• постоянная во времени фаз

- волны должны иметь одинаковые (или близкие) частоты, чтобы картина, получающаяся в результате наложения волн, не менялась во времени (или менялась не очень быстро, чтобы её можно было успеть зарегистрировать);

- волны должны быть однонаправленными (или иметь близкое направление), две перпендикулярные волны никогда не дадут интерференции.

Когерентность волн, отражённых от наружной и внутренней поверхностей плёнки, происходит из-за того, что они являются частями одного и того же светового пучка.

Томас Юнг первым высказал возможность объяснения цветов тонких пленок сложением волн. Одна волна отражается от наружной поверхности плёнки, а другая – от внутренней. При этом возникает интерференция световых волн.

Длины волн убывают (а частоты возрастают) в следующей последовательности цветов ; красный , оранжевый, желтый, зеленый , голубой, синий, фиолетовый.

Самые большие значения длин волн у красного цвета , самые слабые у фиолетового

Когерентность волн, отражённых от наружной и внутренней поверхностей плёнки, происходит из-за того, что они являются частями одного и того же светового пучка.

Юнг пришел к выводу, что различие в цвете связано с различием в длине волны

Если плёнка имеет неодинаковую толщину, то при освещении её белым светом появляются различные цвета.

Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и лежащей на неё плоско-выпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны

Кольца Ньютона

Если на пути света поставить светофильтр, то мы увидим темные и светлые кольца

Исаак Ньютон исследовал их не только в белом свете, но и при освещении линзы одноцветным (монохроматическим) пучком

Оказалось, что радиусы колец одного и того же порядкового номера увеличиваются при переходе от фиолетового конца спектра к красному; красные кольца имеют максимальный радиус. Расстояние между соседними кольцами уменьшаются с увеличением их радиусов. Однако, почему возникают кольца, Ньютон объяснить не смог.

Сделал это Юнг. Проведенный им опыт показал, что волна определённой длины волны падает почти перпендикулярно на плосковыпуклую линзу. Волна 1 появляется в результате отражения от выпуклой поверхности линзы на границе сред стекло – воздух, а волна 2 – в результате отражения от пластины на границе сред воздуха – стекло.

Интерференция в мыльных пузырях

Поворачивая кольцо на 90 С, видим, что ориентация полос не изменяется

Интерференция бензина

Окраска тонких пленок бензина на поверхности воды объясняется интерференцией волн отраженных от наружной и внутренней поверхности пленки.

Пленка освещается белым светом, состоящим из волн имеющих разную частоту (и длину волны) . Разность хода лучей, отраженных от разных граней пленки, зависит от ее толщины. При определенной толщине условие максимума выполнится для какой-то длины волны (l), и пленка в отраженном свете приобретет окраску в цвет, соответствующий данной длине волны l. Если пленка имеет переменную толщину, то интерференционные полосы приобретут радужную окраску.

Поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку с шагом соизмеримым с длиной волны видимого света. На мелкоструктурной поверхности появляется дифракционные и интерференционные явления.

Блик компакт - дисков имеет радужную окраску.

Интерференция Радуги

Радуга представляет собой каустику, возникающую при преломлении и отражения (внутри капли) плоскопараллельного пучка света на сферической капле отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем. При угле (который немного различается для разных показателей преломления, отвечающих разному цвету лучей) — и возникает отражение-преломление максимальной яркости, составляющее (от разных капель) радугу . «Яркие» лучи от разных капель образует конус с вершиной в зрачке наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и Солнце

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более тёмный оттенок.

Корпускулярная теория Ньютона

Через маленькое круглое отверстие в ставне окна (1) в затемненную комнату проникал луч света. На пути луча ученый установил стеклянную трехгранную призму (2). Пучок белого света неожиданно распался на множество разноцветных лучей. На экране (3), стоявшем за призмой, появилась разноцветная радуга, которую экспериментатор назвал спектром.

В 1704 году вышла в свет монография Исаака Ньютона «Оптика», определившая развитие этой науки до начала XIX века. В своем труде Ньютон сделал очень важные выводы:

–  Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям или лучам светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник

Спектр – совокупность цветных полос, получающихся при прохождении светового луча через преломляющую

Белый свет – это совокупность консул, относящихся к различным цветам, в то время как в спектрах они разделены

Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики

В то же время по мере развития физики к концу XIX в. Был открыт целый ряд экспериментальных фактов, которые можно было объяснить только на основе корпускулярных представлений о свете , т.е рассматривая его как поток частиц.

Поэтому в настоящее время признана справедливой как волновая , так и корпускулярная теория.

Обе эти теории, дополняя друг друга , позволяют объяснять многие физические явления

Исаак Ньютон

Интерференция света это

• перераспределение  интенсивности света  в результате наложения нескольких световых волн. Это явление обычно характеризуется чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности света. Конкретный вид такого распределения интенсивности света в пространстве или на экране, куда падает свет, называется интерференционной картиной.

Применение интерференции в технике

• Интерференция света применяется в различных аспектах современной жизни: просветление оптики, проверка качества обработки деталей, голография, фазовые волоконно-оптические датчики и другие оптические элементы и устройства с уникальными свойствами.

Интерференционная пила в узорах, сформированных на дорогах

• Мы часто видели полноцветные узоры на дороге в сезон дождей. Это пример вмешательства. Из-за разбросанного по дороге какого-нибудь маслянистого вещества или, скажем, разлива нефти в океане или море, на ней плавает маслянистый слой, вызывая помехи. Как когда белый свет падает на них, они отражают. Отражение происходит как от верхней поверхности, так и от внутреннего слоя. Когда световой луч падает, он претерпевает интерференцию в основном из-за маслянистого слоя.

Помехи в антибликовом покрытии

• Ведь все подобные аппараты имеют на своей поверхности световозвращающее покрытие. Однако отражающее покрытие на линзах, камере и т. д. предназначено для уменьшения интенсивности падающего на нее света. Формирование цветового рисунка на таком аппарате происходит за счет конструктивной интерференции света на верхней и нижней поверхностях.

Помехи на маслянистой поверхности

• И, следовательно, мы можем видеть маслянистый слой нефти, плавающий на поверхности воды. Когда луч света попадает на маслянистый слой, в таких условиях свет отражается как от верхнего, так и от нижнего слоя маслянистого плавания. Из-за этого цвета, присутствующие в световых лучах, подвергаются интерференции, как конструктивной, так и деструктивной.
• Из-за конструктивной интерференции только мы видим разноцветный рисунок на маслянистой пленке, плавающей на поверхности воды.

Помехи вызывают голограмму

• Голограмма — это искусственное трехмерное изображение, которое легко отличить от плоского изображения или плоской поверхности.

Помехи в антибликовом покрытии

• В нашей повседневной жизни мы обычно используем спецификации. Мы очень часто находим цвета видимыми, когда свет падает на нашу линзу в спецификациях. Это происходит из-за помех.

Пример интерференции света в виде мыльного пузыря

• Мыльные пузыри, образованные мыльным раствором, который имеет сферическую форму и очень тонкий, демонстрируют интерференцию, поскольку, когда лучи света падают на тонкую пленку пузыря, свет отражается от верхней и нижней подкладки пузыря. При этом некоторые выбранные цвета подвергаются только созидательной интерференции, а остальные подвергаются деструктивному воздействию

Интерференция видна в бабочке

• Этот вид бабочек естественным образом встречается в тропических и субтропических регионах Латинской Америки. Удивительно знать, что независимо от других обнаруженных организмов синий цвет бабочки обусловлен явлением интерференции, а не естественным цветом. Синий цвет крыльев возникает, когда свет падает на крылья синего морфо, которые состоят из очень нанокомпонентов.

Свойства света

• 1. Длина волны - это расстояние между соответствующими точками двух последовательных волн и часто выражается в метрах, например в нанометрах. Энергию светового луча можно сравнить с энергией небольшой частицы, движущейся со скоростью света, за исключением того, что никакая частица, имеющая массу покоя, не может двигаться с такой скоростью.