Valovna teorija svetlobne razlage, aplikacij, primeri

The Razpletljiva teorija svetlobe To je teorija, ki želi razložiti naravo svetlobe in meni, da je to elektromagnetni val. Oblikoval ga je leta 1678 nizozemski fizik Christian Huygens, čeprav je v času, ko je bil drugi znanstveniki, malo sprejel.

Človeštvo je skozi svojo zgodovino vedno čutilo živo zanimanje za razumevanje svetlobe in v vsaki dobi so znanstveniki in misleci izpostavili različne teorije. Vendar je valovita teorija tista, ki razlaga z največjimi uspehi svetlobe, kot je moten.

Slika 1. Valovito teorijo svetlobe je leta 1678 ustvaril nizozemski fizik Christian Huygens. Vir: f. Zapata.

Vmešavanje je pojav, ki se pojavlja le v valovih, ne v delcih (na makroskopski ravni).

[TOC]

Zgodovina

Znanstvena odkritja devetnajstega stoletja so prispevala močne dokaze, ki podpirajo valovito teorijo. Eden od njih je bil vzorec lahkih in temnih skupin, ki jih je angleški fizik Thomas Young našel v svojem znamenitem eksperimentu z dvojno režo. Za takšno vedenje so sposobni samo valovi (glej sliko 7).

Toda pred tem je bila luč obravnavana tudi kot tok delcev, ki izhajajo iz predmetov: to je korpuskularna teorija svetlobe, ki jo je predlagal Isaac Newton (1642-1727), od katerih je bil Huygens bolj ali manj sodobni.

Slika 2: Huygens in Einstein teorija

S svojo truplo teorijo bi lahko Newton zadovoljivo razložil tudi vsakodnevne pojave, kot sta loma in razmislek. In na začetku 20. stoletja so se pojavile nove ugotovitve v prid tej teoriji.

Potem se je vredno vprašati: kaj je končno luč? Odgovor je v dvojni naravi: pri razmnoževanju svetloba kaže vedenje valov in pri interakciji s snovjo to počne kot delček: foton.

Pojasnilo

Odraz in lom svetlobe sta vedenja, ki jih ima, ko prehaja iz enega medija v drugega. Zahvaljujoč odsevu vidimo svoj odsev na poliranih kovinskih površinah in ogledalih.

Vam lahko služi: statična elektrikaSlika 3: Refracija svetlobe

Refrakcija opazimo, ko se zdi, da je svinčnik ali palica razdeljena na dva, tako da sta delno potopljena v vodo ali jih preprosto vidimo skozi kozarec kozarca.

Slika 4. Refrakcija svetlobe pri premikanju iz zraka v različne medije, kot sta steklo in voda, saj v vsakem spremeni svojo smer in hitrost. Vir: Wikimedia Commons. Avtor Mehran Moghtadai - lastno delo, cc by -sa 3.0.

Po drugi strani svetloba potuje po ravni črti, kar je opazil tudi Christian Huygens in razložil. Huygens je predlagal naslednje:

-Svetloba je sestavljena iz ravnega vala, ki se širi po ravni črti.

-Odsev in lomnost se pojavita, ker je vsaka sprednja valovanje enakovredna luči strele.

-Potreben je materialni medij, imenovan eter, tako da se svetloba širi, saj zvok potrebuje zrak za prenos zraka.

Huygens je verjel, da je svetloba vzdolžni val, pa tudi zvok, čigar vedenje je bilo veliko bolj znano po tem času, zahvaljujoč poskusom Roberta Boylea (1627-1691). To se je odražalo v njegovem delu z naslovom Pogodba o svetlobi.

Številni znanstveniki so nestrpno iskali eter, ki ga je predlagal Huygens, a ga nikoli niso našli.

In kot je pojasnila tudi Newtonova korpuskularna teorija, je to prevladalo do zgodnjega devetnajstega stoletja, ko je Thomas Young izvedel svoj znamenit eksperiment.

Huygens načelo

Da bi razložili odsev in lom svetlobe, je Huygens razvil geometrijsko konstrukcijo, imenovano Huygens načelo:

Vsaka točka valovne sprednje je točen vir, ki proizvaja tudi sekundarne sferične valove.

To so sferični valovi, ker predpostavljamo, da je okolje, v katerem potujejo, homogeno, zato svetlobni vir oddaja žarke, ki se enako širijo v vse smeri. Na sprednjih ali valovalnih površinah so vse točke v istem stanju vibracij.

Vam lahko služi: sonce

Ko pa je vir dovolj daleč, opazovalec zazna, da svetloba potuje v smeri, pravokotno na sprednji del valov, ki jo zaradi razdalje dojemamo kot ravnino, in to stori tudi v ravni črti.

To se zgodi z žarki iz razmeroma oddaljenega vira, kot je sonce.

Slika 5. Svetloba se širi v ravni črti in pravokotno na fronte valov. Če je vir oddaljen, se fronte vidijo kot načrti. Vir: f. Zapata.

Svetloba kot elektromagnetni val

To je napoved enačb Jamesa Clerk Maxwell (1831-1879) v 19. stoletju. Ko so električna in magnetna polja odvisna od časa, so povezani tako, da eden od njih ustvari drugo.

Polja polja potujejo kot elektromagnetni val, ki se lahko širi tudi v vakuumu.

Slika 6.- Elektromagnetni val, sestavljen iz električnega polja in drugega magnetnega, pravokotnega drug drugega. Val se po drugi strani premika pravokotno nanje. Vir: Wikimedia Commons.

Električna in magnetna polja so pravokotna drug na drugega in smer širjenja valov. Svetloba ni vzdolžni val, kot je verjel Huygens, ampak prečno.

Ko atomi in molekule preuredijo svoje sestavne elektrone, oddajajo svetlobo, tako se zgodi na našem soncu. Od tam svetloba potuje v praznini prostora s konstantno hitrostjo, pride na zemljo in je na poti do materialnih medijev, kot sta zrak in voda.

Vidna svetloba zavzema majhen trak frekvenc v elektromagnetnem spektru, saj vidimo le tiste, na katere je oko občutljivo.

Primeri korpuskularne teorije

Razkrita je valovita narava svetlobe in njegovo pravokotno širjenje v:

Vam lahko služi: kaj je izotermalni postopek? (Primeri, vaje)

-Pojavi vseh vrst valov, da je svetloba enako sposobna eksperimentirati, kot so polarizacija, motnje, difrakcija, odsev in lom.

-Prelivne barve, ki so nastale v tankih filmih mila.

-Young's Experiment, v katerem spredaj valovanje vpliva na obe rezi, kar povzroča nove valovne fronte, ki združujejo (moteče) na nasprotnem zaslonu. Obstaja značilen vzorec svetlih pasov, ki se izmenjujejo s temnimi pasovi.

Slika 7. Young's dvojni eksperiment. Vir: Fizika. Santillana hipertekst.

-Oblikovanje senc, temnih prostorov, ki se pojavijo, ko predmet stoji med svetlobo in našimi očmi. Če se svetloba ne bi pravokotno širila, bi jo bilo mogoče videti skozi neprozorne predmete.

Prijave

S tem, ko ima valovne lastnosti, ima svetloba nešteto aplikacij:

Tanki filmi

Destruktivna moten.

Laser

To je intenziven in skladen svetlobni vir, ki ga je bilo mogoče graditi, ko je bila razumena narava svetlobe valov.

Holografija

To je tehnika, v kateri se vmešava vzorec tridimenzionalnega predmeta zabeleži na ravni fotografski plošči.

Nato je plošča z ustreznim virom svetlobe (običajno laser) osvetlila tridimenzionalno sliko predmeta.

Polarimetrija

To je tehnika, ki uporablja polarizacijo svetlobe, pojav, ki nastane, ko se elektromagnetno polje vedno giblje v isti smeri.

Polarimetrija se industrija uporablja za poznavanje področij, na katerih so deli večje mehanske napore. Na ta način so optimizirani oblikovalski in gradbeni materiali.

Interferometrija

Interferometrija je tehnika, ki uporablja pojav svetlobnih motenj. Uporablja se v astronomiji pri kombiniranju svetlobe iz več teleskopov, da se oblikuje omrežje z večjo ločljivostjo.

Uporablja se tako v radiofrekvenci (drugo območje elektromagnetnega spektra, ki ni vidno), kot tudi v optičnem območju. Druga uporaba interferometrije je pri odkrivanju razpok in okvar v izdelanih kosih.

Reference

1. Figueroa, d. (2005). Serija: Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 7. Valovi in ​​kvantna fizika. Uredil Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Rex, a. 2011. Osnove fizike. Pearson.
4. Romero, o. 2009. Fizično. Santillana hipertekst.
5. Serway, r. 2019. Fizika za znanost in inženiring. 10. Izdaja. Zvezek 2. Cengage.
6. Shipman, j. 2009. Uvod v fizikalno znanost. Dvanajsta izdaja. Brooks/Cole, Cengage Editions.
7. Wikipedija. Svetloba. Okrevano od: je.Wikipedija.org.