Министерство образования РФ Самарская государственная экономическая академия Реферат отработка семинара 6 . Развитие взглядов на теорию света.Выполнил студент СГЭА факультета систем управления группы М.О 11 курса Манагаров Р.И. Проверил Мирошников Юрий Ф дорович Самара 2002 Во второй половине XVII века были заложеныосновы физической оптики. Ф. Гримальди открывает явление дифракции света огибание светом препятствий т.е. отклонение его от прямолинейногораспространения и высказывает предположение о волновой природе света.
Вопубликованном в 1690 г. Трактате о свете Х.Гюйгенсом былсформирован принцип, согласно которому каждая точка пространства, которойдостигла в данный момент распространяющаяся волна, становится источникомэлементарных сферических волн, и на его основе вывел законы отражения ипреломления света. Гюйгенсом было установлено явление поляризации света -явление, происходящее с лучом света при его отражении, преломлении особеннопри двойном преломлении и заключающееся в том, что колебательное движение вовсех точках луча происходит лишь в одной плоскости, проходящей черезнаправление луча, тогда как в неполяризованном луче колебания происходят повсем направлениям, перпендикулярно к лучу. Гюйгенс, разработав идею Гримальди отом, что свет распространяется не только прямолинейно с преломлением иотражением, а и с разбиением дифракция , дал объяснение всем известнымоптическим явлениям.
Он утверждает, что световые волны распространяются вэфире, представляющем собой пронизывающую все тела тонкую материю. 1 Но что есть волна? Волна обязательнодвижется в каком то носителе, в котором и происходят периодические колебания.Но при распространении волны, например, на поверхности воды, не происходитперемещения воды в направлении распространения волны - при этом поверхность воды движется лишь вверх ивниз. Но волна при своем перемещении передает действие от одной точки к другой.Аналогичным образом обстоит дело с распространением звуковой волны, но в этомслучае волны распространяются в пространстве по всем направлениям.
О световыхколебаниях можно судить по косвенным эффектам.
Явление интерференции дает исвидетельство о волновой природе света. Примером интерференционного эффектаявляется появление окрашенных полос или колец, которые являются при растеканиитонкого слоя нефти на поверхности воды. Свет в этом случае сначала отражаетсяот верхней поверхности пленки, а затем от нижней.Поэтому колебания в световомлуче, которые отражаются от нижней поверхности пленки, отстают от колебаний влуче, отраженном от ее поверхности, причем это отставание равно расстоянию,равному удвоенной толщине пленки.
Оба отраженных луча в этом случаеинтерферируют так, что если толщина пленки равна четверти длины волны, товторой луч отстает от первого на половину волны. Наложение гребня волны,отраженной от другой поверхности, дает темноту.Белый свет в результатеинтерференции после отражения становится окрашенным. 3 Ньютон сначала в своих докладах вЛондонском Королевском обществе и затем в Оптике опубликованной в1706 г. изложил свою концепцию света. Следуя своему феноменологическомуметоду, Ньютон экспериментально исследовал явление дисперсии разложение белогосвета при помощи призмы в спектр , заложил основы оптической спектроскопии онустановил, что каждому цвету соответствует определенная длина световой волны иопределил их. Ньютон показал, что цвета создаются не призмой. а являютсякомпонентами белого света.
Он видел слабость волновой концепции в том, что онаоказалась не в состоянии объяснить явление дифракции света - огибание светомпрепятствий это удастся сделать с позиции волновой концепции более столетияпозже Френелю . Ньютон же явление дифракции объяснял на основе полярности,присущей световому лучу. Другим недостатком волновой концепции было еетребование допустить существование эфира-среды, в которой распространяетсясвет.
Тот факт, что движение планет и комет в небесном пространстве невстречает заметного сопротивления, которое обязательно отразилось бы направильности движения, позволил Ньютону существование такой среды подвергнутьсомнению.
А если отбросить возможность существования такой среды, то гипотеза ораспространении света через нее утрачивает смысл. Критикуя волновую концепциюсвета, представляющую свет в виде распространяющихся в эфире механических волн,Ньютон не мог еще предположить, что световые волны могут иметь не механическуюприроду.Устранение трудностей, стоящих передволновой концепцией света, Ньютон видел на пути рассмотрения света каксостоящего из корпускул - своеобразных малых тел атомов , которые могут взаимодействовать счастицами вещества.
Такие тела, по его мнению, проходят через однородные среды без загибания . Важно отметить, что, сравнивая волновую икорпускулярную концепцию света, Ньютон не высказывается безоговорочно в пользуодной из них. Его высказывания многими исследователями его творчестватрактуются как своеобразный синтез волновой и корпускулярных концепций предвосхитивший гипотезу де Бройля, высказанную в 1924 г Открытие явлениеполяризации света убеждало Ньютона в справедливости корпускулярной концепциисвета.
Исследование же интерференции приводило его к выводу о наличиисвоеобразной периодичности в свойствах света.Последователи Ньютона представилиНьютона как безоговорочного сторонника корпускулярной концепции света.Авторитет имени Ньютона, таким образом, в данном случае сыграл негативную роль- задержал развитие волновой теории света. 2 Сформировавшиеся в предшествующее столетиекорпускулярная и волновая концепция света в XIX веке продолжили ожесточеннуюборьбу.
Первая опиралась на авторитет Ньютона, вторая - на авторитет Гука,Гюйгенса, Эйлера, Ломоносова. Сторонники корпускулярной концепции надеялисьобъяснить с ее позиций затруднения с объяснением явлений дифракции и интерференции.Т.Юнг дал это объяснение с позиций волновой концепции.Исходя из высказанных имгипотез о существовании разреженного и упругого светоносного эфира,заполняющего Вселенную, о возбуждении волнообразных движений в эфире присвечении тела, о зависимости ощущения различных цветов от различной частотыколебаний, возбуждаемых светом на сетчатке глаза, о притягивании всемиматериальными телами эфирной среды, вследствие чего последняя накапливается ввеществе этих тел и на малом расстоянии вокруг них в состоянии большейплотности но не большей упругости , Юнг делает вывод о том, что излучаемыйсвет состоит из волнообразных движений светоносного эфира.
Это дало возможностьвсе разнообразие цветов свести к колебательным движениям эфира, а различиецветов объяснить различием частот колебаний эфира, а также сформулироватьпринцип интерференции. 4 Прямолинейное распространение света былонаиболее важным аргументом в пользу корпускулярной теории.
О.Френель делаетновый существенный шаг в развитии волновой теории.Идея интерференции вообще оказалась стольплодотворной, что при встрече с неизвестным видом излучения всегда стараютсяполучить интерференцию.
И если это удается, то тем самым доказывается еговолновой характер. 1 Связав принцип Гюйгенса, согласно которомумолекулы тела, приведенные в колебание падающим светом становятся центрамииспускания новых волн с принципом интерференции, согласно которомуналагающиеся волны, в противоположность корпускулярным лучам, не обязательноусиливаются, а могут и ослабляться до полного уничтожения , Френель далобъяснение прямолинейному распространению света, показав, что лучи,поляризованные перпендикулярно друг к другу, не интерферируются.
В опытах подифракции света он установил. что дифракционные полосы появляются вследствиеинтерференции лучей.Принцип интерференции позволил Френелю законы отражения ипреломления объяснить взаимным погашением световых колебаний во всехнаправлениях, за исключением тех. которые удовлетворяют закону отражения.Френелю удалось экспериментально доказать, что световые лучи могутвоздействовать друг на друга, ослабляться и даже почти полностью погашаться вслучаях согласных колебаний, что и позволило ему дать объяснение явлениюдифракции.
Френель доказал. что свет является поперечным волновым движением. Онобъяснил явление поляризации света в экспериментальных исследованиях отраженияи преломления света от поверхности прозрачных веществ.Им было установлено, чтоотражение плоско-поляризованного света от поверхности прозрачного тела сопровождаетсяповоротом плоскости поляризации в тех случаях, когда эта плоскость не совпадаетс плоскостью падения или не перпендикулярна к ней. Развивая идеи Гюйгенса ораспространении волн в кристаллах. Френель заложил основы кристаллооптики.Таким образом, борьба волновой икорпускулярной концепции света в первой половине XIX века завершается победойволновой концепции - было установлено, что свет является поперечным волновымдвижением.
Решающим вкладом в эту победуи явилось объяснение с помощью волновой концепции явлений дифракции иинтерференции света. 1 Литература 1. Лауэ М. История Физики.М 1956.2. Дирак П. Принципы квантовой механики. М 1960.3. А.И.Маркушевич Детская энциклопедия том 3.М 1994 4. А.М.Кузнецова, И.В.Петрянов Вещество и энергия .М 1982.