Природа света – Вы точно человек?
Природа света. Измерение скорости света. Волновая оптика ::Класс!ная физика
Оптика – раздел физики, изучающий световые явления.
Что такое свет?
Взгляды ученых на природу света с течением времени изменялись.
С 18 века в физике шла борьба между приверженцами волновой теории и корпускулярной теории.
Известный ученый И.Ньютон считал: свет — это поток корпускул (частиц), выбрасываемых светящимся телом, которые распространяются в пространстве прямолинейно. Это предположение подтверждалось законом прямолинейного распространения света.
Английский ученый Р.Гук читал: свет – это механические волны. Подтверждением этой теории были работы Х. Гюйгенса, Т. Юнга, О. Френеля и др.
По современным представлениям свет имеет двойственную природу ( корпускулярно-волновой дуализм):
— свет обладает волновыми свойствами и представляет собой электромагнитные волны, но одновременно является и потоком частиц – фотонов. В зависимости от светового диапазона проявляются в большей мере те или иные свойства.
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ СВЕТА
Астрономический метод
В 1676году впервые осуществил измерение света датский физик О. Ремер.
Ремер наблюдал затмение спутника Юпитера Ио.
Ио – спутник Юпитера
I – спутник находился в тени Юпитера 4ч. 28 мин.
II – спутник вышел из тени на 22 мин.
Измерения проводились дважды: при наименьшем удалении Юпитера от Земли и через 6 месяцев, когда расстояние между Землей и Юпитером становилось наибольшим.
Полученное различие в продолжительности времени затмения объяснялось тем, что свет, распространяясь с конечной скоростью должен был пройти дополнительное расстояние, равное диаметру орбиты Земли.
Из-за плохой точности измерений Ремер получил лишь очень приблизительное значение скорости света 215 000 км/с.
Лабораторный метод
В 1849г. — французский физик Физо.
С помощью зеркала А свет от источника S направлялся на зубчатое колесо К, которое вращалось. Пройдя сквозь колесо свет достигал плоского зеркала З. После отражения снова падал на колесо и мог или пройти сквозь него, или нет (в зависимости от угла поворота колеса).
Скорость света определялась формулой:
где Z – число зубцов на вращающемся колесе
L= 8,6 км – расстояние между колесом и зеркалом
w (омега) – наименьшая угловая скорость вращения колеса, при которой свет не попадает к наблюдателю/
Физо получил скорость света — 313 000км/с.
Скорость света в вакууме
По современным измерениям скорость света в вакууме равна:
Приблизительно при решении задач для вычислений берут обычно величину c = 300 000 км/с.
Другие страницы по теме «Волновая оптика»:
Природа света. Измерение скорости света
Отражение света
Преломление света
Полное внутреннее отражение
Дисперсия света
Интерференция света
Дифракция света
Поляризация света
ШУТКИ ФИЗИКОВ
Один из основоположников квантовой теории Макс Планк в молодости пришел к 70-летнему профессору Филиппу Жолли и сказал ему, что решил заниматься теоретической физикой.
– Молодой человек, – ответил маститый ученый, – зачем вы хотите испортить себе жизнь, ведь теоретическая физика уже в основном закончена… Стоит ли браться за такое бесперспективное дело?!
___
Дирак любил выражаться точно и требовал точности от других. Однажды на семинаре в конце длинного вывода докладчик обнаружил, что знак в окончательном выражении у него не тот.
«Я в каком-то месте перепутал знак», – сказал он, всматриваясь в написанное.
«Вы хотите сказать – в нечетном числе мест», – поправил с места Дирак.
В другой раз Дирак сам был докладчиком.
Окончив сообщение, он обратился к аудитории: «Вопросы есть?».
– «Я не понимаю, как вы получили это выражение», – спросил один из присутствующих.
«Это утверждение, а не вопрос, – ответил Дирак. – Вопросы есть?»
class-fizika.narod.ru
Волновая природа света | Мир Знаний
О том, что луч света резко меняет направление, когда попадает из одной прозрачной среды в другую (например, из воздуха в воду), знали еще в Древней Греции. Тем не менее четко описать это явление и сформулировать его законы первым сумел голландский астроном эпохи Возрождения Виллеброрд Снелл ван Ройен, или Снеллиус (1580—1626).
Так, именно Снеллиус одной формулой доказал: если умножить показатель преломления (отношение скорости света в вакууме к скорости в заданной среде) на синус угла между лучом и воображаемым перпендикуляром к линии раздела, мы получим постоянную величину. Другими словами, ученый выявил, что синус угла падения луча и синус его преломления в конкретной субстанции пропорциональны, и их соотношение определенным образом характеризует две пограничные среды.
Интересно, что французский ученый Рене Декарт (1596—1650) сформулировал этот закон одновременно со Снеллиусом — а помимо того экспериментальным путем объяснил явление радуги. В трактате «Рассуждение о методе» ученый посвятил этому оптическому явлению целую главу, в начале которой описал наблюдение, что радуга возникает не только в небе, а в любом месте, где есть водные капли, освещенные лучами солнца. Это означает, заключил Декарт, что радугу создает именно свет, который определенным образом проходит сквозь капли — попадая внутрь, преломляется, отражается от стенок, снова преломляется и выходит наружу, возвращаясь к наблюдателю.
В подтверждение своей теории ученый налил воды в прозрачный круглый сосуд, чтобы получилась увеличенная версия капли, затем встал спиной к солнцу и расположил сосуд на некотором расстоянии впереди, напротив светила. В итоге нижняя часть «капли» окрасилась в ярко-красный цвет и оставалась такой даже тогда, когда Декарт приближался к сосуду, двигал его из стороны в сторону или вращал. Измерения показали, что между наблюдателем, каплей и солнцем образуется угол 42°. При увеличении угла красный цвет исчезал, а при уменьшении разделялся на желтый, зеленый и другие цвета.
Проанализировав все данные, ученый выяснил: большинство лучей, которые дважды преломились в капле и один раз отразились, при возвращении к наблюдателю отклоняются от первоначального направления на 41—42°; небольшая часть преломленных лучей падает под меньшим углом, но под большим — ни одного. Если же луч и отразился, и преломился в капле дважды (именно такие капли составляют «вторичную радугу»), то, скорее всего, он отклонится от исходного на 51—52° или больше.
Всего Декарт исследовал 10 тысяч лучей, преломляющихся в каплях воды, и сделал вывод, что примерно 8,5 тысячи из них возвращаются к наблюдателю под углом 41,5° к исходящему от источника-солнца лучу. Из капель, через которые прошли эти лучи, и складывается первичная, яркая радуга.
Уже после смерти Декарта, а именно в 1672 г., английский ученый Исаак Ньютон (1643—1727) в процессе усовершенствования оптической техники открыл явление дисперсии — разложения светового потока на отдельные лучи. Ньютон направил на призму пучок света, и тот, пройдя через преломляющую среду, превратился в разноцветную радугу. Впоследствии было доказано, что подобным способом можно соединить в единый белый поток лучи с разной длиной волны.
На основе своих экспериментов Ньютон написал труд «Оптика», дополнив выводы Декарта объяснением, что тот или иной цвет радуги напрямую зависит от угла преломления луча. Кроме того, ученый решил точно определить цвета спектра и сначала насчитал всего пять: красный, желтый, зеленый, синий, пурпурный. Потом ему открылся еще и шестой — оранжевый, но поскольку 6 для Ньютона было «дьявольским числом», он упорно взялся искать седьмой цвет. И нашел! Это был фиолетовый — или, по терминологии самого ученого, индиго. Все цвета расположены в порядке возрастания угла преломления: красный изгибается под наименьшим углом, а фиолетовый — под наибольшим. Так, благодаря Ньютону радуга официально была признана такой, какой мы ее знаем с самого детства.
Между тем датский физик Эразм Бартолин (1625—1698) обнаружил, что в кристалле исландского шпата поток света раскладывается на два луча, которые при вращении кристалла тоже поворачиваются. Поскольку один из лучей не нарушал закона преломления света, а другой изгибался под каким-то странным углом, ученый назвал их соответственно обыкновенным и необыкновенным, а само явление — двойным преломлением. Впрочем, поэкспериментировав, Бартолин выявил, что при определенном направлении световой поток в кристалле не распадается.
Почему так происходит, выяснил нидерландский физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629—1695). Как оказалось, свойства кристалла в разных направлениях неодинаковы, и если луч не раздвоился, то он прошел вдоль так называемой оптической оси. Кристаллы с одной осью (кварц, турмалин, шпат) Гюйгенс назвал одноосными, а с двумя (слюда, гипс) — двуосными. В направлениях, расположенных под одним углом к оси, свойства одноосного кристалла не меняются. Плоскость, на которой лежат ось и луч, называется главным сечением кристалла.
Данные выводы вплотную приблизили Гюйгенса к открытию поляризации света. Как выяснилось в ходе дальнейших наблюдений, обыкновенный луч распространяет свои колебания перпендикулярно главному сечению, а у необыкновенного плоскость колебаний совпадает с плоскостью сечения. Выйдя из кристалла, лучи направляются в одну сторону, но их поляризация (то самое направление колебаний) остается разной.
Несмотря на все эти наблюдения, многие ученые XVIII в. были приверженцами корпускулярной теории света, согласно которой световой поток представляет собой прямолинейное движение частиц-корпускул. Впрочем, данная теория не могла объяснить таких явлений, как поляризация, интерференция и дифракция, потому ученым в конце концов просто пришлось вспомнить подзабытую концепцию световых волн.
Первым раскритиковать корпускулярную теорию рискнул английский ученый широкого профиля Томас Юнг (1773—1829). Особый акцент он сделал на том, что данная концепция не объясняет, почему из слабых и мощных источников частицы света вылетают на одной скорости и почему на границе двух разных сред одни лучи преломляются, а другие отражаются.
Дабы устранить эти противоречия, Юнг предложил альтернативную концепцию: мол, свет — не что иное, как колебание частиц в упругом и разреженном эфире, заполняющем собой всю Вселенную. Ради доказательства своей точки зрения ученый показал, как происходит интерференция света: напротив окна он установил экран с двумя близко расположенными отверстиями, а за этим экраном поставил еще один. Падая из окна на первый экран, поток света проходил через отверстия в виде двух отдельных пучков и двумя перекрывающимися конусами «врезался» во второй экран, образуя на нем интерференционные полосы.
Стоило Юнгу закрыть одно из отверстий в первом экране, как вместо полос появлялись дифракционные кольца. Это явление ученый объяснил тем, что световая волна, прошедшая сквозь отверстие, наложилась на собственное отражение от экрана. Юнгу даже удалось вычислить длины волн каждого цвета — для этого он попросту измерил промежутки между кольцами.
Позицию Юнга поддержал французский физик О. Ж. Френель (1788—1827), который сам поставил целую серию оптических опытов, а выводы изложил в труде, посвященном дифракции. Работа попала на конкурс Французской АН, и судить ее взялись маститые академики Д. Ф. Араго, П. С. Лаплас, Ж. Л. Гей-Люссак и пр., которые придерживались традиционной идеи корпускул. Поначалу, конечно, коллегию немало удивило: как посередине тени от экрана может появиться светлое пятно? Однако опыт показал, что именно так и есть, и ученые вынуждены были признать волновую теорию Френеля.
Последняя точка в споре адептов волн и корпускул была поставлена в середине XIX в., когда француз Ж. Б. Фуко с помощью вращающегося зеркала измерил скорость световых лучей в воде, сравнил ее со скоростью в воздухе и продемонстрировал, что более плотная среда (вода) замедляет потоки света. Это означало одно: свет имеет волновую природу, ведь если бы он состоял из частиц, то в оптически плотной среде — как утверждала корпускулярная теория — должен был бы ускориться.
Теория Френеля вполне соответствовала как закону Снеллиуса, так и принципу наименьшего времени Ферма: для «путешествия» из пункта А в пункт В (даже если эти точки лежат в разных средах) луч всегда выбирает путь, наименее затратный по времени, то есть минимальной оптической длины. Об этом писал еще античный ученый Птолемей Александрийский, который прославился работами в области оптики. Можно сказать, греки и были теми, кто впервые открыл, что свет — это волна.
Оставить эмоциюНравится Тронуло Ха-Ха Ого Печаль Злюсь
165mir-znaniy.com
Что такое свет в физике ☑️ определение, волновые свойства, электромагнитная природа света, спектральный состав, распространение
Вопрос, что такое свет в физике, является ключевым для многих отраслей деятельности науки и техники, он вызывает живой интерес как специалистов, так и просто любителей все знать. Использование слова «свет» в физике достаточно условно, так как оно не передает никаких свойств и характеристик отдельно взятого типа излучения. Это общее определение, которое удобно использовать для такого же общего описания природного явления.
Свет – это то явление, с которым мы сталкиваемся постоянно, и благодаря чему вообще существует все живое на земле. Частицы так называемого «света» движутся от Солнца через огромные комические просторы на Землю, освещают ее и придают предметам, окружающим человека, видимость и многие свойства. На это явление можно смотреть далеко не с одной точки зрения, поэтому данный вопрос стоит рассмотреть более подробно.
Что такое свет в физике
Споры вокруг того, что же такое свет, шли в физике и научной среде многие века. Различные деятели выдвигали самые разные теории, что представляет собой данное явление природы, но никак не могли сойтись в едином мнении. Теории появлялись, как грибы после дождя, то опровергая, то дополняя друг друга.
Был создан целый раздел физики – оптика, задача которого стояла в изучении рассматриваемого явления.
К изучению природы света приложили свои талантливые руки все видные деятели науки, начиная с 17 века. Такие европейские светила, как Декарт, Гук, Юнг, Ньютон, Гейгенс, Ампер и многие другие предпринимали многие попытки понять, чем является видимое нам излучение: волной или же потоком частиц.
Именно это противоречие, к которому приводили опыты, ставило исследователей в тупик. Ученым была никак не понятна сочетаемость: как в одном эксперименте явление может вести себя, как поток частиц, а в другом – как электромагнитное излучение.
На сегодня данный вопрос в известной степени решен. Все новые знания позволили вникнуть в суть вещей более глубоко. Корпускулярную и волновую теорию позже дополнила электромагнитная, далее специальная теория относительности Эйнштейна, позже квантовая теория и, наконец, квантовая электродинамика.
Волновые свойства света
То, что свет – это волна излучения с определенными волновыми свойствами, начали предполагать многие ученые еще в 17-18 веках. Опыты Юнга, Френеля, Ньютона явственно показали, что волновые характеристики выражаются в двух ключевых явлениях: дифракции и интерференции. Именно они имеют значения при доказательстве того, что мы имеем дело с волной.
Луч видимого диапазона излучения способен как бы огибать препятствия любой формы и засвечивать даже ту область, которая якобы находится в тени. Отклонение от прямолинейного распространения, которое невозможно для твердых частиц, получило название дифракции.
Также доказано, что излучение может накладываться друг на друга и как бы дополнять волны аналогичной природы, либо же «тушить», уменьшать их интенсивность. Это явление получило название интерференции.
Оно активно применяется, к примеру, при производстве автомобильных фар – в их стеклах есть специальная фактура, которая позволяет использовать интерференцию и максимально увеличивать интенсивность свечения.
Но утверждение, что свет – это только волна, также находит протесты. Так как другие опыты, скажем, русского ученого Вавилова, показывают, что ему свойственна двойственная характеристика.
Электромагнитная природа света
То, что обычный солнечный луч является электромагнитной волной, является доказанным научным фактом. Над этим трудились многие умы, в частности, Эйнштейн, Вавилов и другие. Не один раздел физики посвящен доказательству того факта, что свет возникает в результате различных возбуждений в атомах и молекулах.
Это может быть тепловое, химическое или электромагнитное воздействие. При прохождении различных процессов в атоме он излучает кванты энергии во всем видимом диапазоне.
Определение электромагнитной природы излучения доказано многими экспериментами, а также теорией. Наиболее полное описание данных вопросов дал известный ученый Максвелл в своих уравнениях по электромагнетизму.
Спектральный состав света
Как показал в своих экспериментах английский естествоиспытатель Ньютон, обычный белый свет – это набор многих цветов, то есть волн с различной длиной, которые в результате взаимодействия складываются в один белый. Длина волн видимого спектра лежит в диапазоне 380-780 нанометров.
Наука смогла доказать, что практически любой вариант излучения не является монохроматичным – то есть, состоящим из волн только одной длины. Почти любой источник света испускает определенный спектр излучения, в котором есть разброс по длинам волн.
Если излучение имеет более короткие волны, нежели 380 нм, то они относятся к ультрафиолетовому свету, если большие 780 нм – инфракрасному. За их пределами сверху и снизу есть и другие типы излучения: гамма-лучи, рентгеновские волны, микроволновой диапазон.
Закон прямолинейного распространения света
Любой школьник, перешедший в 9-11 класс, должен знать, что свет в однородной среде распространяется по прямолинейной траектории, а его скорость равна 3х108 м/с. С такой скоростью луч долетает от Земли до Луны (расстояние между которыми 384 000 километров) всего примерно за 1,2-1,3 секунды!
Исходя из прямолинейного распространения света, выводятся многие понятия, такие как тень, угол падения и отражения, и многое другое. Разный раздел науки по-разному использует эти данные, но они имеют большое значение в технике и теории.
Подытоживая скажем, что лексическое значение греческого слова «фотон» четко передает его смысл – это свет. Свет одновременно является и электромагнитной волной, и потоком частиц фотонов, которые распространяются от источника излучения и заполняют собой все окружающее пространство по законам прямолинейного распространения, дифракции, интерференции и т. д.
И естественное, и искусственное освещение имеют одинаковые свойства, за исключением, разве что длины волны, ее амплитуды и других, более конкретных характеристик каждой волны.
nauka.club
Природа света — Справочник химика 21
Двойственная природа света. Впервые двойственная корпускулярно-волновая природа была установлена для света. В первой половине прошлого века в ре ]ультате изучения явлений интерференции и дифракции света было экспериментально доказано, что свет представляет собой электромагнитные волны. Возникновение в определенных условиях явлений интерференции и дифракции — характерная особенность любого волнового процесса. Однако в XX в. стали известны многочисленные явления, свидетельствующие о том, что свет представляет собой поток материальных частиц. На основе представлений Планка о передаче лучистой энергии квантами Эйнштейн предложил гипотезу о световых квантах, названных фотонами. Корпускулярные свойства света особенно отчетливо проявляются в явлении фотоэффекта. [c.18]На основе какого из следующих представлений Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект а) корпускулярная природа света б) волновая природа света в) волновые свойства материи г) принцип неопределенности [c.379]
Таким образом, фотоэффект совершенно определенно указывает на корпускулярную природу излучения, а интерференция и дифракция столь же определенно свидетельствуют о волновой природе света. Отсюда следует вывод, что движение фотонов характеризуется особыми законами, в которых сочетаются как корпускулярные, так и волновые характеристики. [c.17]
Структурные формулы оказались чрезвычайно полезными, но они не отражали один особенно сложный тип изомерии — оптическую изомерию. Прежде чем перейти к этому типу изомерии, рассмотрим вкратце природу света. [c.85]
В 1924 г Луи де Бройль распространил идею о двойственности природы света на вещество, предположив, что поток материальных частиц должен обладать и волновыми свойствами, однозначно связанными с массой и энергией. Иными словами, движение частицы было сопоставлено с распространением волны. При этом [c.46]
На рубеже XIX и XX столетий в области учения о строении вещества был сделан ряд открытий, имевших большое принципиальное значение и приведших к признанию сложности атома. К ним относятся открытие электрона Перреном (1895) и Томсоном (1897), разработка Максвеллом электромагнитной теории света, открытие Планком (1900) квантовой природы света. П. Н. Лебедев (1899) экспериментально показал существование светового давления и произвел количественное изучение его. Открытие явления радиоактивности и изучение его, проведенное П. Кюри и М. Склодовской-Кюри (начиная с 1898 г.), убедило, в частности, что атомы одних элементов могут превращаться в атомы других элементов. [c.18]
Конец XIX и начало XX века ознаменовались открытием радиоактивности, сложности строения атома, новых видов частиц, содержащихся в атомах, открытием возможности выделения огромных количеств энергии при радиоактивных процессах, открытием давления света, установлением квантовой природы света и другими открытиями, заставившими физиков и химиков отказаться от многих привычных представлений. В такой обстановке начались различного рода искания и колебания в вопросах философии, связанных с физикой и химией, что способствовало распространению идеалистических течений и в первую очередь эмпириокритицизма Эти течения были идейно разгромлены В. И. Лениным в его гениальном труде Материализм и эмпириокритицизм . Ленин с предельной четкостью рассмотрел те выводы новой физики, которые пытался использовать эмпириокритицизм, и на основании глубокого анализа дал свое классическое определение понятия материи …материя есть то, что, действуя на наши органы чувств, производит ощущение материя есть. .. объективная реальность, данная нам в ощущении… . Материя есть объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им 2. [c.21]
Эйнштейн и Штарк на основе представления о квантовой природе света и строения молекул установили закон фотохимической эквивалентности, согласно которому каждая молекула, реагирующая под действием света, пог
www.chem21.info
Развитие представлений о природе света
Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболического зеркала, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (Ньютон) и волновая (Р.Гук и Х.Гюйгенс).
Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую. Для случая преломления света на границе вакуум–среда корпускулярная теория приводила к следующему виду закона преломления:
где c – скорость света в вакууме, υ – скорость распространения света в среде. Так как n > 1, из корпускулярной теории следовало, что скорость света в средах должна быть больше скорости света в вакууме. Ньютон пытался также объяснить появление интерференционных полос, допуская определенную периодичность световых процессов. Таким образом, корпускулярная теория Ньютона содержала в себе элементы волновых представлений.
Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн (плоскость A1A2 на рис. 3.6.1) дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Под волновым фронтом Гюйгенс понимал геометрическое место точек, до которых одновременно доходит волновое возмущение. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления. Рис. 3.6.1 дает представление о построениях Гюйгенса для определения направления распространения волны, преломленной на границе двух прозрачных сред.
|
Рисунок 3.6.1. Построения Гюйгенса для определения направления преломленной волны |
Для случая преломления света на границе вакуум–среда волновая теория приводит к следующему выводу:
Закон преломления, полученный из волновой теории, оказался в противоречии с формулой Ньютона. Волновая теория приводит к выводу: υ < c, тогда как согласно корпускулярной теории υ > c.
Таким образом, к началу XVIII века существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса.
Обе теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Весь XVIII век стал веком борьбы этих теорий. Однако в начале XIX столетия ситуация коренным образом изменилась. Корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория. Большая заслуга в этом принадлежит английскому физику Томасу Юнгу и французскому физику Огюстесу Френелю, исследовавшим явления интерференции и дифракции. Исчерпывающее объяснение этих явлений могло быть дано только на основе волновой теории. Важное экспериментальное подтверждение справедливости волновой теории было получено в 1851 году, когда Жан Фуко (и независимо от него Арман Физо) измерил скорость распространения света в воде и получил значение υ < c.
Хотя к середине XIX века волновая теория была общепризнана, вопрос о природе световых волн оставался открытым.
В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны. Важным подтверждением такой точки зрения послужило совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной 
. Электромагнитная природа света получила признание после опытов Герца по исследованию электромагнитных волн (1887–1888 гг.). В начале XX века после опытов П.Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт.
Важнейшую роль в выяснении природы света сыграло опытное определение его скорости. Начиная с конца XVII века предпринимались неоднократные попытки измерения скорости света различными методами (астрономический метод А. Физо, метод Альберта Майкельсона). Современная лазерная техника позволяет измерять скорость света с очень высокой точностью на основе независимых измерений длины волны λ и частоты света ν (c = λ · ν). Таким путем было найдено значение
превосходящее по точности все ранее полученные значения более чем на два порядка.
Свет играет чрезвычайно важную роль в нашей жизни. Подавляющее количество информации об окружающем мире человек получает с помощью света. Однако, в оптике как разделе физики под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие диапазоны спектра электромагнитного излучения – инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ). По своим физическим свойством свет принципиально неотличим от электромагнитного излучения других диапазонов – различные участки спектра отличаются друг от друга только длиной волны λ и частотой ν. Рис. 3.6.2. дает представление о шкале электромагнитных волн.
|
Рисунок 3.6.2. Шкала электромагнитных волн. Границы между различными диапазонами условны |
Для измерения длин волн в оптическом диапазоне используются единицы длины 1 нанометр (нм) и 1 микрометр (мкм):
1 нм = 10–9 м = 10–7 см = 10–3 мкм. |
Видимый свет занимает диапазон приблизительно от 400 нм до 780 нм или от 0,40 мкм до 0,78 мкм.
Цвета спектра можно запомнить так: Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидят Фазаны.
Электромагнитная теория света позволила объяснить многие оптические явления, такие как интерференция, дифракция, поляризация и т. д. Однако, эта теория не завершила понимание природы света. Уже в начале XX века выяснилось, что эта теория недостаточна для истолкования явлений атомного масштаба, возникающих при взаимодействии света с веществом. Для объяснения таких явлений, как излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений. Наука вновь вернулась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускулярные, означает, что он имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.
questions-physics.ru
Ответы@Mail.Ru: какова природа света?
Луч света состоит из летящих с огромной скоростью частиц, которые называются фотонами. Каждый фотон — это крошечный сгусток энергии. Скорость полета частиц света 300 000 километров в секунду. Ничто во Вселенной не может передвигаться с большей скоростью. Фотон не простая частица. Это маленький отрезок электромагнитной волны. Волны отличаются друг от друга энергией и длиной. Чем длиннее волна, тем меньше ее энергия. Фотоны (иначе их называют квантами) разных видов излучения — это отрезки волн различной длины. Наши глаза воспринимают электромагнитное излучение в определенном диапазоне длин волн: это видимый свет (его источники — Солнце и электрические светильники) . Гамма — лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение — это тоже свет, но энергия его частиц очень высока, а длина волны мала. Поэтому мы не можем видеть эти лучи. Есть длинноволновые излучения — инфракрасный свет, радиоволны, энергия фотонов которых мала, поэтому их мы тоже не видим. Белый свет — это смесь фотонов световых волн различной длины. Наши глаза различают их по цвету. Если на пути светового луча поставить стеклянную призму, то луч преломится, то есть отклонится от своего первоначального направления. Лучи различного цвета преломляется под разными углами, поэтому призма разложит белый свет на составляющие его цветные лучи — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Фотоны красного света обладают наименьшей энергией, они и отклоняются меньше других. У фотонов фиолетового света энергия наибольшая, поэтому и отклонение больше, чем у остальных. Прочие цвета располагаются в промежутке между красным и фиолетовым. Если на пути лучей получившейся радуги поставить другую призму, то можно снова собрать их в один белый луч. <a rel=»nofollow» href=»http://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru/priroda-sveta-ili-iz-chego-sostoit-svet/» target=»_blank»>http://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru/priroda-sveta-ili-iz-chego-sostoit-svet/</a> <img src=»//content.foto.my.mail.ru/mail/fedosik777/_answers/i-6.jpg» > Согласно волновой теории свет представляет собой упругие продольные волны в особой среде, заполняющей все пространство — светоносном эфире. Распространение этих волн описывается принципом Гюйгенса. Гипотеза о волновой природе света высказана Гуком, а развитие она получила в работах Гюйгенса, Френеля, Юнга. Понятие упругого эфира привело к неразрешимым противоречиям. Например, явление поляризации света показало, что световые волны поперечны. Упругие поперечные волны могут распространяться только в твердых телах, где имеет место деформация сдвига. Поэтому эфир должен быть твердой средой, но в то же время не препятствовать движению космических объектов. Экзотичность свойств упругого эфира являлась существенным недостатком первоначальной волновой теории. Противоречия волновой теории были разрешены в 1865 году Максвеллом, который пришел к выводу, что свет — электромагнитная волна. Одним из аргументов в пользу данного утверждения является совпадение скорости электромагнитных волн, теоретически вычисленных Максвеллом, со скоростью света, определенной экспериментально (в опытах Ремера и Фуко) . Согласно современным представлениям, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. В одних явлениях свет обнаруживает свойства волн, а в других — свойства частиц. Волновые и квантовые свойства дополняют друг друга. В настоящее время установлено, что корпускулярно — волновая двойственность свойств присуща также любой элементарной частице вещества. Например, обнаружена дифракция электронов, нейтронов. Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением двух форм существования материи — вещества и поля. <a rel=»nofollow» href=»http://e-science.ru/physics/theory/?t=12″ target=»_blank»>http://e-science.ru/physics/theory/?t=12</a>
Корпускулярно-волновая. Корпускулярная по Ньютону или волновая по Гюйгенсу. У одного фотоны, у другого волны.
Ильясов Ф. Н. О квантовой природе света. М.: ИЦ Орион. 2018. — <a rel=»nofollow» href=»http://www.iliassov.info/metaphysics/quantum-nature-of-light.html» target=»_blank»>http://www.iliassov.info/metaphysics/quantum-nature-of-light.html</a>
touch.otvet.mail.ru
О природе света. О чем рассказывает свет
Борьба материализма и идеализма в физике
В этой книжке мы уже видели, как сложен путь науки. Сколько было споров о том, что такое свет — поток частиц или череда волн! Казалось, что в XIX веке этот спор был решен окончательно, притом решен в пользу волновой природы света. Этот вывод подтверждали все опыты, об этом говорила и стройная систематика излучений — шкала электромагнитных излучений, отличающихся друг от друга только длинами волн. Однако в XX веке споры эти разгорелись вновь и на новой основе.
Казалось бы, что все это — чисто физические споры. И решаться они должны легко: в чью пользу говорит опыт, тот и прав. Сама природа дает ответ, разрешает все сомнения.
На самом деле вопрос не так прост. Ведь иногда новый экспериментальный материал приводит к необходимости менять старые представления. Происходит бурная ломка понятий. Возникает вопрос о том, какова же ценность тех представлений, которые мы сначала создаем, а затем сами должны менять. К чему они относятся — к объективному миру вне нас или же это только способ «упорядочить» наши собственные восприятия? Так наступает кризис познания.
Сомнения в объективности законов природы распространяют на общественное развитие: если в природе нет объективных законов и все развивается произвольно, то объективных законов в развитии общества не существует и подавно. Например, захотят властные люди, и общество будет развиваться не к коммунизму, а к феодализму! И напротив, кто заинтересован именно в таком толковании произвольного развития общества, тот заинтересован в том, чтобы такое же мнение распространялось и на толкование законов природы: нет объективной природы, нет ее законов, независимых от человека, а есть только человеческое восприятие, которое он «упорядочивает».
Это — позиция субъективного идеализма. В развитии подобных взглядов заинтересованы господствующие классы капиталистического общества.
Никто не может отрицать, что в процессе познания физических свойств природы возникают трудности. Это, как говорят философы, теоретико-познавательные, или гносеологические трудности. В ходе познания они всегда преодолеваются. Но коль скоро они возникают, вокруг них разгорается идеологическая борьба.
Раскрывая процесс познания свойств света, мы должны рассказать и о том, какие гносеологические трудности при этом возникали уже в нашем веке и как идеалисты пытались обратить их в свою пользу.
Мы снова возвращаемся к вопросу о том, что такое свет, какова его природа, но возвращаемся уже на новой основе.
Вопрос этот физики ставили двояко. Первый смысл вопроса таков: что такое свет — вещество или не вещество? И если не вещество, то что это такое? Второй смысл вопроса: что такое свет — частицы или волны?
Посмотрим, как отвечали физики на эти вопросы и какая идеологическая борьба шла вокруг их ответов.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
fis.wikireading.ru