Где в жизни встречается интерференция?
Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.
Почему происходит интерференция света?
Интерфере́нция в тóнких плёнках — явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать.
Почему явление интерференции является доказательством волновой природы света?
Возникновение интерференционной картины,объясняется тем, что волны от щелей 1 и 2 до каждой точки P на экране проходят разные расстояния r1 и r2, и соответствующая этому разность фаз между ними определяет яркость точки Р.
Как возникают полосы равного наклона?
Итак, полосы равного наклона получаются при освещении пластинки постоянной толщины ( ) рассеянным светом, в котором содержатся лучи разных направлений. Полосы равной толщины наблюдаются при освещении пластинки переменной толщины (клина) ( ) параллельным пучком света. Полосы равной толщины локализованы вблизи пластинки.
Что такое полосы равного наклона?
Полосы равного наклона, система чередующихся светлых и тёмных полос, наблюдаемая при освещении прозрачного слоя постоянной толщины (плоскопараллельной пластинки) расходящимся или сходящимся пучком монохроматического света либо непараллельным пучком лучей более сложного строения, причём каждая полоса проходит через те .
Почему интерференционные полосы имеют форму колец?
Интерференционная картина в виде колец возникает при отражении света от двух поверхностей, одна из которых плоская, а другая имеет относительно большой радиус кривизны и соприкасается с первой (например, стеклянная пластинка и плосковыпуклая линза).
Что такое полосы равной толщины?
-расстояния между точками пересечения интерферирующих лучей с поверхностью плёнки. При достаточно малом зрачке наблюдат. прибора это условие выполняется и для протяжённого источника.
Почему кольца Ньютона это линии равной толщины?
Это означает, что вдоль какой-либо темной или светлой интерференционной полосы, образующейся на поверхности, толщина этой пластинки одна и та же. Полосы равной толщины локализованы на поверхности пластинки. При наблюдении в белом свете полосы будут окрашены так, что поверхность содержит все цвета радуги.
Почему полосы интерференции имеют вид концентрических окружностей?
При нормальном падении света на линзу интерференционные полосы имеют форму концентрических колец, при наклонном — эллипсов. Они получаются вследствие интерференции лучей, отраженных от верхней и нижней границ воздушной прослойки между линзой и стеклянной пластиной.
Что будет наблюдаться в центре кольца Ньютона?
При этом получается следующая картина: в центре — черное пятно, окруженное рядом концентрических светлых и черных колец убывающей ширины. При наблюдении в проходящем свете будет обратная картина: пятно в центре будет светлым, все светлые кольца заменятся темными и наоборот.
Что будет наблюдаться в центре если наблюдения проводить в проходящем свете?
Обычно для наблюдения колец Ньютона на выпуклую линзу с малой кривизной поверхности кладётся плоская хорошо отполированная стеклянная пластинка. . При наблюдении колец Ньютона в проходящем свете в центре картины будет видно светлое пятно, а при наблюдении в отраженном свете – как в данной работе – темное.
Почему в центре колец Ньютона в отражённом свете расположено тёмное пятно?
1) Почему в центре колец Ньютона в отраженном свете всегда темное пятно? 1. Из-за потери полуволны. В отражённом свете потеря полуволны происходит нечётное число раз и интерферирующие лучи гасят друг друга.
Почему центр колец Ньютона наблюдаемых в проходящем свете должен быть светлым?
Инженер-электромеханик. В центре всегда тёмное пятно. Чем дальше от центра, тем больше разность оптической длины лучей «1» и «2». Когда эта разность, делённая на половину длины волны, нечётная — получается светлое кольцо, когда чётная — тёмное.
Как изменится радиус колец Если вместо воздуха будет среда с другим показателем преломления?
Как видно из формулы, радиусы колец обратно пропорциональны показателю преломления среды, соответственно, при увеличении показателя преломления (у воздуха 1,003, у воды 1,333) радиусы колец будут уменьшаться.
Как выглядят кольца Ньютона в отраженном свете и проходящем свете?
представляют собой чередующиеся тёмные и светлые полосы. Светлые возникают в местах, где зазор вносит разность хода между прямым и дважды отражённым лучом (в проходящем свете) или между лучами, отражёнными от обеих соприкасающихся поверхностей (в отражённом свете), равную целому числу l.
Чем отличаются кольца Ньютона в отраженном и проходящем свете?
В тех местах, где в отраженном свете наблюдается максимум интерференции (светлые кольца), в проходящем свете наблюдается минимум (темные кольца). . Поэтому в проходящем свете интерференционная картина будет менее отчетливой и наблюдение проводят, как правило, в отраженном свете.
Как образуются кольца Ньютона?
Кольца Ньютона возникают, если направить свет на линзу, которая выпуклой стороной соприкасается с плоской поверхностью хорошо отполированной пластинки (рис. 1). При этом образуется воздушная прослойка между поверхностями линзы и пластинки, толщина которой d постепенно увеличивается от центра к краям.
Как с помощью колец Ньютона можно определить радиус кривизны линзы?
1 радиусы колец Ньютона (г) связаны с толщиной воздушного зазора (d) и радиусом кривизны линзы (R): г2 = R2 + (R — d)2= 2Rd — d2. Измеряя радиусы различных интерференционных колец в монохроматическом отраженном свете с известной длиной волны, можно определить радиус кривизны (R) сферической поверхности линзы.
Как изменятся кольца Ньютона при увеличении радиуса кривизны линзы?
Радиусы светлых колец Ньютона при постоянном радиусе кривизны линзы можно найти, воспользовавшись формулой: . Как видно из формулы, радиусы колец обратно пропорциональны показателю преломления среды, соответственно, при увеличении показателя преломления (у воздуха 1,003, у воды 1,333) радиусы колец будут уменьшаться.
Где локализованы кольца Ньютона?
Кольца Ньютона в отраженном свете — это разновидность полос равной толщины, локализованных в области соприкосновения плоской и сферической поверхностей. . Второе направление — это направление из центра сферической поверхности в точку прохождения сферической поверхности интерферирующими лучами.
Чем объясняется что при освещении белым светом Каждое кольцо представляет собой спектр?
При освещении щелей белым светом интерференционные полосы расщепляются в спектр. Это связано с тем, что условие максимума интерференции для разных длин волн (разных цветов) выполняется в разных точках экрана. . Вообще говоря, интерференцию можно наблюдать и по другую сторону пленки, т. е.
Какие волны можно считать когерентными?
Волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.
Что такое когерентные источники света?
Когерентность. Два источника называются когерентными, если они имеют одинаковую ча- стоту и постоянную, не зависящую от времени разность фаз. Волны, возбуждаемые такими источниками, также называются когерентными. Итак, рассматриваем два когерентных источника S1 и S2.
В чем состоит явление интерференции света приведите примеры?
Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды) , в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости( рисунок на бритве, побывавшей в пламени), и т. д.
Что называется интерференцией света?
1. Какое явление называют интерференцией света? Интерференцией света называют явление сложения двух или нескольких световых волн, при которых в одних точках пространства происходит ослабление интенсивности света, а в других — усиление.
В чем заключается явление интерференции света?
Интерференция волн (лат. interferens, от inter — между + -ferens — несущий, переносящий) — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Сопровождается чередованием максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) интенсивности в пространстве.
Что такое порядок интерференции?
Номер интерференционной полосы (от нулевой полосы) — это порядок интерференции. Для полосы с номером разность хода интерферирующих волн равна . Если шумит частота света, то шумит и длина волны, и число длин волн, которое укладывается на оптической разности хода для фиксированной точки экрана, и порядок интерференции .
Что называется апертурой интерференции чем она определяется?
Апертура (лат. apertura — отверстие) в оптике — характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения. В зависимости от типа оптической системы эта характеристика может быть линейным или угловым размером.
Почему в отраженном свете в центре наблюдается темное кольцо?
Если имеется в виду кольца Ньютона,которые получаются в отраженном свете, то тёмное пятно в центре объясняется так. Как известно при отражение света происходит изменение разности хода на половину длины волны. Поэтому вместо максимума в центре интерференционной картины при этом наблюдается минимум.
Сам Ньютон не смог объяснить причину возникновения колец. Впервые удалось объяснить Юнгу.
Волны под номерами 1 и 2 появляются из-за отражения от выпуклой части линзы на границе между стеклом и воздухом и от пластины между воздухом и стеклом. Эти волны имеют постоянную разность фаз и одинаковую длину, что связано с тем, что вторая волна проходит большее расстояние, чем волна под номером 1. Разница пути соответствует двойной толщине воздушного зазора между пластиной и линзой в точке, где волна падает от источника света.
otchet_po_fizike4
1. Изучить явление интерференции света в тонких пленках.
2. Проанализировать изменение характера интерференционной картины в зависимости от длины волны.
3. Рассчитать радиус кривизны линзы.
Результаты измерений и вычислений:
Контрольные вопросы:
В чем состоит явление интерференции?
Процесс интерференции совершается при содействии двух и более волн схожей амплитуды, распространяющихся во всевозможных направлениях. При этом этот процесс легко заметить и у волн, распространяющихся в среде. То есть интерференция является параметром волн, а также не зависит ни от параметров среды, ни от ее наличия.
Какие волны называются когерентными?
Волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.
Как вычисляется оптическая длина пути волны при её распространении в однородной среде?
Оптической длиной пути между точками А и В прозрачной среды называется расстояние, на которое свет (Оптическое излучение) распространился бы в вакууме за время его прохождения от А до В. Оптической длиной пути в однородной среде называется произведение расстояния, пройденного светом в среде с показателем преломления n, на показатель преломления:
Для неоднородной среды необходимо разбить геометрическую длину на столь малые промежутки, что можно было бы считать на этом промежутке показатель преломления постоянным:
Полная оптическая длина пути находится интегрированием:
Как вычисляется оптическая разность хода двух когерентных волн?
Оптическая разность хода двух волн (когерентных) равна
где L1 и L2 – оптические длины пути, проходимые соответственно первой и второй волной от источника до точки наблюдения; λ0 – длина волны в вакууме; число δ может принимать значения либо 0, либо 1 в зависимости от способа реализации когерентных волн.
Если общее число N отражений первой и второй волн от оптически более плотной среды на L1 и L2 является нечетным, то δ = 1. Этим учитывается мгновенное изменение фазы волны на противоположную при отражении ее от оптически более плотной среды (скачок фазы на π), т. е. имеет место «потеря» половины длины волны. Во всех остальных случаях δ = 0.
Сформулировать условия наблюдения интерференционных максимумов и минимумов.
Условие образования интерференционного максимума:
Если разность фаз колебаний, возбуждаемых когерентными волнами в некоторой точке пространства, равна
то интенсивность фаз результирующей волны в некоторой точке пространства достигает максимума, и в этой точке пространства будет наблюдаться максимум интенсивности.
Если оптическая разность хода когерентных волн в некоторой точке пространства равна четному числу длин полуволн в вакууме:
, где m = 0, ±1, ±2, … ,
то в этой точке пространства будет наблюдаться максимум интенсивности.
Условие образования интерференционного минимума:
Если разность фаз колебаний, возбуждаемых когерентными волнами в некоторой точке пространства, равна
то интенсивность фаз результирующей волны в некоторой точке пространства достигает минимума, и в этой точке пространства будет наблюдаться минимум интенсивности.
Если оптическая разность хода когерентных волн в некоторой точке пространства равна нечетному числу длин полуволн в вакууме:
, где m = 0, ±1, ±2, … ,
то в этой точке пространства будет наблюдаться минимум интенсивности.
Объяснить возникновение интерференционной картины в данном эксперименте.
На плоской стеклянной поверхности лежит плоско-выпуклая стеклянная линза небольшой кривизны (обычно берут линзу с фокусным расстоянием порядка метра). Система освещается параллельным пучком естественного или монохроматического света сверху, со стороны линзы. Вблизи оптической оси системы (то есть точки касания линзы и стеклянной подложки) разность хода лучей, отраженных от подложки и выпуклой поверхности линзы, невелика и медленно изменяется по квадратичному закону с ростом расстояния до оси системы R:
,
где R0 — радиус кривизны линзы, порядка метра;
— длина волны света;
d — малый зазор между линзой и подложкой (см. рис. 1).
В случае, когда =2m, то есть разность хода обеих отраженных волн кратна длине волны, — обе волны складываются синфазно, то есть дают в отраженном свете интерференционный максимум. Это соответствует условию:
.
Таким образом, интерференционные максимумы имеют вид концентрических колец с центром в точке касания линзы и подложки.
В случае, когда падающее излучение — естественный свет, для разных его длин волн положение интерференционных максимумов различно, и в пределах первых трех — четырех интерференционных порядков m наблюдаются системы вложенных окрашенных колец. Такие кольца и называются кольцами Ньютона, первым их наблюдавшего.
Вывести формулу радиусов темных колец в отраженном свете.
Как изменится картина колец Ньютона при изменении показателя преломления вещества, заполняющего зазор между линзой и пластинкой?
Радиусы колец изменятся обратно пропорционально 
, где n – показатель преломления вещества, заполняющего зазор между линзой и пластинкой.
Почему в центре интерференционной картины в отраженном свете возникает темное пятно? При каких условиях оно сменится на светлое?
Т. к. в центре r = 0, то оптическая разность хода волн в отраженном свете составит 
, т. е. возникнет условие интерференционного минимума. Светлым пятно станет в проходящем свете.
Почему в центре колец ньютона наблюдается темное пятно
Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.
Первый эксперимент по наблюдению интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны (рис. 3.7.1). Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона (рис. 3.7.2).
Ньютон не смог с точки зрения корпускулярной теории объяснить, почему возникают кольца, однако он понимал, что это связано с какой-то периодичностью световых процессов (см. § 3.6).
Первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.). В опыте Юнга свет от источника, в качестве которого служила узкая щель , падал на экран с двумя близко расположенными щелями и (рис. 3.7.3). Проходя через каждую из щелей, световой пучок уширялся вследствие дифракции, поэтому на белом экране Э световые пучки, прошедшие через щели и , перекрывались. В области перекрытия световых пучков наблюдалась интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.
Юнг был первым, кто понял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двух независимых источников. Поэтому в его опыте щели и , которые в соответствии с принципом Гюйгенса можно рассматривать как источники вторичных волн, освещались светом одного источника . При симметричном расположении щелей вторичные волны, испускаемые источниками и , находятся в фазе, но эти волны проходят до точки наблюдения разные расстояния и . Следовательно, фазы колебаний, создаваемых волнами от источников и в точке , вообще говоря, различны. Таким образом, задача об интерференции волн сводится к задаче о сложении колебаний одной и той же частоты, но с разными фазами. Утверждение о том, что волны от источников и распространяются независимо друг от друга, а в точке наблюдения они просто складываются, является опытным фактом и носит название принципа суперпозиции .
Монохроматическая (или синусоидальная) волна , распространяющаяся в направлении радиус-вектора , записывается в виде
где – амплитуда волны, – волновое число, – длина волны, – круговая частота. В оптических задачах под следует понимать модуль вектора напряженности электрического поля волны. При сложении двух волн в точке результирующее колебание также происходит на частоте и имеет некоторую амплитуду и фазу :
Приборов, которые способны были бы следить за быстрыми изменениями поля световой волны в оптическом диапазоне, не существует; наблюдаемой величиной является поток энергии, который прямо пропорционален квадрату амплитуды электрического поля волны. Физическую величину, равную квадрату амплитуды электрического поля волны, принято называть интенсивностью : .
Несложные тригонометрические преобразования приводят к следующему выражению для интенсивности результирующего колебания в точке :
| (*) |
где – так называемая разность хода .
Из этого выражения следует, что интерференционный максимум (светлая полоса) достигается в тех точках пространства, в которых . При этом . Интерференционный минимум (темная полоса) достигается при . Минимальное значение интенсивности . На рис. 3.7.4 показано распределение интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от разности хода .
В частности, если , т. е. интенсивности обеих интерферирующих волн одинаковы, выражение (*) приобретает вид:
| (**) |
Формулы (*) и (**) являются универсальными. Они применимы к любой интерференционной схеме, в которой происходит сложение двух монохроматических волн одной и той же частоты.
Если в схеме Юнга через обозначить смещение точки наблюдения от плоскости симметрии, то для случая, когда и (в оптических экспериментах эти условия обычно выполняются), можно приближенно получить:
При смещении вдоль координатной оси на расстояние, равное ширине интерференционной полосы , т. е. при смещении из одного интерференционного максимума в соседний, разность хода изменяется на одну длину волны . Следовательно,
где – угол схождения «лучей» в точке наблюдения . Выполним количественную оценку. Допустим, что расстояние между щелями и равно 1 мм, а расстояние от щелей до экрана Э составляет , тогда . Для зеленого света получим . Для красного света Таким путем Юнг впервые измерил длины световых волн, хотя точность этих измерений была невелика.
Следует подчеркнуть, что в волновой оптике, в отличие от геометрической оптики, понятие луча света утрачивает физический смысл. Термин «луч» употребляется здесь для краткости для обозначения направления распространения волны. В дальнейшем этот термин будет употребляться без кавычек.
В эксперименте Ньютона (рис. 3.7.1) при нормальном падении волны на плоскую поверхность линзы разность хода приблизительно равна удвоенной толщине воздушного промежутка между линзой и плоскостью. Для случая, когда радиус кривизны линзы велик по сравнению с , можно приближенно получить:
где – смещение от оси симметрии. При написании выражения для разности хода следует также учесть, что волны 1 и 2 отражаются при разных условиях. Первая волна отражается от границы стекло–воздух, а вторая – от границы воздух–стекло. Во втором случае происходит изменение фазы колебаний отраженной волны на , что эквивалентно увеличению разности хода на . Поэтому
При то есть в центре (точка соприкосновения) поэтому в центре колец Ньютона всегда наблюдается интерференционный минимум – темное пятно. Радиусы последующих темных колец определяются выражением
Эта формула позволяет экспериментально определить длину волны света , если известен радиус кривизны линзы.
Проблема когерентности волн. Теория Юнга позволила объяснить интерференционные явления, возникающие при сложении двух монохроматических волн одной и той же частоты. Однако повседневный опыт учит, что интерференцию света в действительности наблюдать не просто. Если в комнате горят две одинаковые лампочки, то в любой точке складываются интенсивности света и никакой интерференции не наблюдается. Возникает вопрос, в каких случаях нужно складывать напряженности (с учетом фазовых соотношений), в каких – интенсивности волн, т. е. квадраты напряженностей полей? Теория интерференции монохроматических волн не может дать ответа на этот вопрос.
Реальные световые волны не являются строго монохроматическими. В силу фундаментальных физических причин излучение всегда имеет статистический (или случайный) характер. Атомы светового источника излучают независимо друг от друга в случайные моменты времени, и излучение каждого атома длится очень короткое время ). Результирующее излучение источника в каждый момент времени состоит из вкладов огромного числа атомов. Через время порядка вся совокупность излучающих атомов обновляется. Поэтому суммарное излучение будет иметь другую амплитуду и, что особенно важно, другую фазу. Фаза волны, излучаемой реальным источником света, остается приблизительно постоянной только на интервалах времени порядка . Отдельные «обрывки» излучения длительности называются цугами . Цуги имеют пространственную длину, равную , где – скорость света. Колебания в разных цугах не согласованы между собой. Таким образом, реальная световая волна представляет собой последовательность волновых цугов с беспорядочно меняющейся фазой . Принято говорить, что колебания в разных цугах некогерентны . Интервал времени , в течение которого фаза колебаний остается приблизительно постоянной, называют временем когерентности .
Интерференция может возникнуть только при сложении когерентных колебаний, т. е. колебаний, относящихся к одному и тому же цугу. Хотя фазы каждого из этих колебаний также подвержены случайным изменениям во времени, но эти изменения одинаковы, поэтому разность фаз когерентных колебаний остается постоянной. В этом случае наблюдается устойчивая интерференционная картина и, следовательно, выполняется принцип суперпозиции полей. При сложении некогерентных колебаний разность фаз оказывается случайной функцией времени. Интерференционные полосы испытывают беспорядочные перемещения из стороны в сторону, и за время их регистрации, которая в оптических экспериментах значительно больше времени когерентности , происходит полное усреднение. Регистрирующее устройство (глаз, фотопластинка, фотоэлемент) зафиксирует в точке наблюдения усредненное значение интенсивности, равное сумме интенсивностей обоих колебаний. В этом случае выполняется закон сложения интенсивностей.
Таким образом, интерференция может возникнуть только при сложении когерентных колебаний. Волны, создающие в точке наблюдения когерентные колебания, также называются когерентными. Волны от двух независимых источников некогерентны и не могут дать интерференции. Т. Юнг интуитивно угадал, что для получения интерференции света нужно волну от источника разделить на две когерентные волны и затем наблюдать на экране результат их сложения. Так делается во всех интерференционных схемах. Однако, даже в этом случае интерференционная картина исчезает, если разность хода превысит длину когерентности .