Физика (стр. 23 )

Решение. Поскольку 10 % падающего светового потока отражается от поверхности пластинки, то интенсивность света, вошедшего в пластинку, будет равна , где – интенсивность упавшего на пластинку светового потока. В соответствии с законом Бугера интенсивность прошедшего света . Отсюда

.

Рассеяние света. С точки зрения классической физики рассеяние света заключается в том, что свет, проходящий через вещество, вызывает колебания электронов в атомах. Колеблющиеся электроны возбуждают вторичные волны, распространяющиеся по всем направлениям. Казалось бы, что свет должен рассеиваться при любых условиях. Однако вследствие когерентности вторичные волны в однородной среде гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Поэтому рассеяния света в однородной среде не происходит.

Вторичные волны не погашают друг друга в боковых направлениях только при распространении света в неоднородной среде. Дифрагируя на неоднородностях среды, световые волны дают дифракционную картину с равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Это и есть рассеяние света. Среды с ярко выраженной оптической неоднородностью называются мутными.

В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает быстрее, чем в случае одного поглощения. Поэтому для мутных сред в выражении закона Бугера наряду с коэффициентом поглощения должен стоять добавочный коэффициент, обусловленный рассеянием: .

Пример 11. При прохождении монохроматического света через слой вещества толщиной его интенсивность убывает в четыре раза. Определить коэффициент рассеяния, если коэффициент поглощения .

Решение. Интенсивность света, проходящего через вещество, убывает по закону: . Используя данные задачи, находим:

.

Излучение Вавилова–Черенкова. Ученик советский физик доказал, что при движении заряженных частиц в среде с постоянной скоростью , превышающей фазовую скорость света в этой среде, т. е. при , возникает электромагнитное излучение. доказал, что это излучение не является люминесценцией, и высказал предположение, что оно связано с движением свободных электронов.

Это излучение было теоретически объяснено советскими физиками и на основе представлений об интерференции света с использованием принципа Гюйгенса. Они показали, что утверждение электромагнитной теории о том, что заряженная частица излучает электромагнитные волны только при движении с ускорением, справедливо лишь до тех пор, пока скорость частицы не превышает фазовой скорости электромагнитных волн в среде, в которой частица движется. Если только , частица даже при равномерном движении излучает электромагнитные волны. Таким образом, электрон, движущийся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, должен сам излучать свет.

Излучение Вавилова–Черенкова распространяется не во все стороны, а только по направлениям, составляющим острый угол с траекторией частицы, т. е. вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением скорости частицы. Угол между направлениями распространения излучения и вектором скорости частицы определяется соотношением .

На основе излучения Вавилова–Черенкова разработаны счетчики заряженных частиц, названные черенковскими. При движении заряженной частицы в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, возникает световая вспышка, преобразуемая с помощью фотоэлектронного умножителя в импульс тока.

Пример 12. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы в веществе с показателем преломления возникло излучение Вавилова – Черенкова?

Решение. Для направлений распространения излучения Вавилова–Черенкова справедливо соотношение: , где – угол между направлениями излучения и скорости электрона, – скорость электрона, – скорость света в вакууме. При наименьшей скорости электрона значение должно быть максимально, т. е. . Отсюда .

3.3.4. Поляризация света

Естественный и поляризованный свет. Несмотря на то что световые волны поперечны, они обычно не обнаруживают асимметрии относительно луча. Это обусловлено тем, что в естественном свете (т. е. свете, испускаемом обычными источниками) имеются колебания, совершающиеся в самых различных направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны (перпендикулярных лучу). Излучение светящегося тела слагается из волн, испускаемых его атомами. Процесс излучения отдельного атома продолжается около . За это время образуется цуг волн протяженностью примерно 3 метра. «Погаснув», атом через некоторое время «вспыхивает» вновь. Одновременно «вспыхивает» много атомов. Испущенные ими цуги волн, налагаясь друг на друга, образуют световую волну.

В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания светового вектора (вектора ) происходят только в одной проходящей через луч плоскости, свет называется плоскополяризованным. Упорядоченность может заключаться в том, что вектор поворачивается вокруг луча, одновременно пульсируя по величине. Если в результате этого конец вектора описывает эллипс, то свет называется эллиптически поляризованным. Если эллипс вырождается в окружность (это случится, если разность фаз накладываемых колебаний будет равна , а амплитуды равны), то свет будет называться поляризованным по кругу.

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации.

Механическая аналогия. Проще всего понять процесс поляризации, рассмотрев механическую аналогию. В поперечной волне, например, в волне на упругом шнуре, колебания частиц могут происходить в любых направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси шнура, т. е. направлению распространения волны. Если направление колебаний беспорядочно меняется, то так же меняется и положение в пространстве плоскости, в которой волна распространяется. Такая волна называется естественной или неполяризованной (рис. 3.3.27, а). Если направление колебаний остается неизменным, то волна распространяется в плоскости, которая занимает определенное положение в пространстве (рис. 3.3.27, б). Такая волна называется плоскополяризованной.

 

а)

г)

 

б)

д)

 

е)

в)

Рис. 3.3.27

Поляризация волны может быть достигнута путем пропускания ее через поляризатор. Для волн на шнуре таким поляризатором может служить узкая щель между двумя параллельными плоскостями. Пропустив через такую щель шнур и возбуждая колебания в нем в различных направлениях (рис. 3.3.27, в), увидим, что в части шнура, расположенной за щелью, колебания будут происходить только в плоскости щели. Волна станет поляризованной. Поворот на некоторый угол плоскости поляризатора обусловливает поворот на тот же угол и плоскости поляризации.