Главные этапы в развитии теории света (стр. 10 )

- механическое напряжение - ;

- электрического поля (эффект Керра) - ;

- магнитного поля - .

Наибольший интерес представляет случай возникновения оптической анизотропии под действием электрического поля или эффект Керра. Ячейка Керра (кювета заполненная жидкостью и два электрода) помещается между двумя скрещенными николями и поэтому свет через систему не проходит (рис. 38). Если же на электроды подать напряжение, то жидкость становится анизотропной и, свет будет проходить через систему. При изменении напряжения на электродах будет изменяться и интенсивность света, проходящего через систему. Эффект Керра – оптическая анизотропия вещества под действием электрического поля объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по различным направлениям. Это явление практически безинерционно, т. е. переход из одного состояния в другое происходит за время порядка с (практически мгновенно). Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и широко применяется в исследовании быстропеременных процессов (фото и киносъемка, запись и воспроизведение звука, оптиковолоконная связь и др.).

6.4.4. Вращение плоскости поляризации.

Некоторые вещества в твердом и жидком состоянии обладают способностью вращать плоскость поляризации света. Такие вещества получили название оптически активных веществ.

Мы уже указывали на то, что свет не проходит через скрещенные николи и поле зрения будет темным. Если же между анализатором и поляризатором поместить кювету с оптически активным веществом, то поле зрения просветляется. Чтобы снова его сделать темным, анализатор надо повернуть на некоторый угол (рис.39). Угол и есть тот угол, на который поворачивает плоскость поляризации оптически активное вещество.

Опыт показывает, что для твердых тел угол поворота плоскости поляризации определяется по формуле

, 4.4

где - расстояние, проходимое светом в среде, - удельное вращение, т. е. угол на который поворачивается плоскость поляризации на пути в 1 метр. Для растворов

, 4.5

где С – концентрация оптически активного вещества.

Это явление широко применяется для определения концентрации вещества (например, сахара в крови человека).

Задачи к зачету

43.  Пучок света, идущий в воздухе, падает на поверхность жидкости под углом . Определить угол преломления лучей, если отраженный луч полностью поляризован.

44.  Пучок естественного света падает на стекло с показателем преломления равном 1,73. Определить, при каком угле преломления отраженный от стекла пучок света будет полностью поляризован.

45.  Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, поставленные так, что угол между их главными плоскостями равен . Как анализатор, так и поляризатор поглощают и отражают по 8% падающего на них света. Оказалось, что интенсивность света, вышедшего из анализатора равна 9% интенсивности естественного света, падающего на поляризатор. Найти угол .

46.  Угол между плоскостями пропускания николей равен . Во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из анализатора, если этот угол увеличить до ?

47.  Определить во сколько раз ослабится интенсивность света, прошедшего два николя, расположенные так, что угол между их главными плоскостями равен , а в каждом николе теряется 8% интенсивности падающего света.

48.  Угол между главными плоскостями двух николей равен . Естественный свет, проходя такую систему, ослабляется в 16 раз. Пренебрегая потерей света при отражении, определить коэффициент поглощения света в николях.

49.  Пластинка кварца толщиной 2мм помещена между двумя скрещенными николями. Пренебрегая потерями света в николях, определить, во сколько раз уменьшится интенсивность света, прошедшего эту систему? Удельное вращение кварца .

50.  Плоско поляризованный свет, прошедший через поляроид, оказывается полностью погашенным. Если же на пути света поместить кварцевую пластинку, то интенсивность света, прошедшего через поляроид, уменьшается в 3 раза. Определить минимальную толщину кварцевой пластинки.

51.  Пластинка кварца толщиной 2 мм поворачивает плоскость поляризации света на угол . Какой толщины пластинку надо взять, чтобы повернуть плоскость поляризации на угол ?

52.  Раствор глюкозы с концентрацией содержащийся в стеклянной трубке, поворачивает плоскость поляризации света на угол . Определить концентрацию глюкозы в другом растворе, налитом в трубку такой же длины, если он поворачивает плоскость поляризации на угол .

53.  При прохождении света через трубку длиной 20 см, содержащую десяти процентный раствор сахара, плоскость поляризации поворачивается на угол . В другом растворе сахара, налитом в трубку длиной 15 см плоскость поляризации поворачивается на угол . Определить концентрацию второго раствора.

54.  Определить угол полной поляризации для стекла, показатель преломления которого равен 1,57.

55.  Предельный угол полного отражения для некоторого вещества равен . Чему равен для этого вещества угол полной поляризации?

56.  Доказать, что при падении света на границу раздела двух прозрачных сред под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

5.4. Элементы теории относительности.

1.5.4. Скорость света и ее опытное определение.

Задача определения скорости света принадлежит к числу важнейших проблем оптики и физики вообще.

Решение этой задачи имело принципиальное и практическое значение. Установление того факта, что скорость распространения света конечна, и измерение этой скорости сделали более конкретными и ясными трудности, стоящие перед различными оптическими теориями.

Сравнительное измерение скорости света в пустоте и различных средах послужило в свое время в качестве экспериментального сравнения волновой и корпускулярной теорий света.

Сравнение скорости света в пустоте с константой «с» (скоростью распространения электромагнитных волн) в электромагнитной теории Максвелла, сыграло важную роль в обосновании электромагнитной теории света.

Наконец, вопрос о влиянии движения системы на скорость распространения света и вся обширная совокупность связанных с ним экспериментальных и теоретических проблем привели к пересмотру наших представлений о пространстве и времени – специальной теории относительности – одного из самых значительных обобщений теоретической физики, имеющего исключительное значение для развития физики.

Основная трудность, с которой сталкивается экспериментатор при определении скорости света, связана с огромным значением этой величины. Поэтому первое определение скорости света предпринятое Г. Галилеем не принесло успеха.

Идея Галилея заключалась в следующем. Пусть на некотором расстоянии находятся два наблюдателя с фонарями с открывающимися крышками. Пусть первый наблюдатель открывает фонарь и включает часы. Второй наблюдатель после прихода света мгновенно открывает крышку своего фонаря и первый наблюдатель, увидев свет, останавливает часы. И тогда . Однако, экспериментально осуществить эту идею не удалось.

Первым удачным опытом по определению скорости света, давшим надежную цифру, близкую к современному значению, было определение датского астронома Ремера в 1676 году. Метод Ремера основан на астрономических наблюдениях за спутником Юпитера ИО. Ремер наблюдал, что промежуток времени между двумя последовательными затмениями спутника оказываются несколько большими, когда Земля удаляется от Юпитера и несколько меньшими, когда Земля приближается к Юпитеру. Ремер объяснил это тем, что свету требуется дополнительное время на прохождение расстояния между Юпитером и Землей. При удалении Земли это время надо прибавлять к истинному периоду обращения, а при приближении вычитать. В ходе своих наблюдений Ремер получил значение скорости света равное .