Жарық дисперсиясы. Жарық интерференциясы

Ереже: Дисперсия — ортаның оптикалық қасиеттерінің, соның ішінде сыну көрсеткішінің, жарық жиілігіне немесе вакуумдық толқын ұзындығына тәуелділігі. Призмада бұл тәуелділік түстердің әртүрлі ауытқу бұрыштарын туғызады.

Қолдану: Ақ жарықта түрлі жиіліктер бар. Берілген призма оларды әртүрлі сыну көрсеткішімен өткізетіндіктен, шығатын сәулелердің бағыттары ажырайды. Қалыпты дисперсия шарты түстердің әдеттегі ретпен бөлінуіне сай келеді. Мұны вакуумдағы әртүрлі жылдамдықпен немесе призманың жаңа түстерді міндетті түрде өндіруімен түсіндіру дұрыс емес.

Қате нұсқалар: A) Егер қарастырылған түстер үшін сыну көрсеткіші дәл бірдей болса, осы себептен бұрыштық түстік жіктелу болмайды. Берілген спектр түрлі жиіліктердің әртүрлі сынуымен байланысты.

B) Қозғалмайтын сызықтық орта шекарасында жарық жиілігі сақталады. Призма ақ жарық құрамындағы жиіліктерді әртүрлі бағыттайды, оларды жаңадан жасау шарт емес.

C) Толық жұтылса, призмадан шығатын түрлі түсті сәулелер болмайды. Берілген көріністі түсіндіретін механизм — жиілікке тәуелді сыну.

D) Вакуумда екі жарық та c жылдамдығымен таралады. Түстердің жылдамдық айырмасы берілген дисперсиялы материалдың қасиетіне қатысты. Ишара: Бір материалдың әр жиіліктегі жарыққа бірдей жауап беруі міндетті ме?

Ереже: Қозғалмайтын орта шекарасынан өткен жарықтың жиілігі сақталады, ал фазалық жылдамдық пен толқын ұзындығы ортаға тәуелді өзгереді. Байланыс v=λf түрінде жазылады; c тек вакуум үшін қолданылады.

Қолдану: Шыныда v кемиді, бірақ f өзгермейді. Сондықтан λ=v/f те кемиді. Бір периодта тербеліс бұрынғыдай уақыт алады, алайда толқын осы уақыт ішінде қысқарақ жол жүреді. Бұл түсіндіру жиілік пен кеңістіктік периодтың айырмасын көрсетеді және орта ауысқанда барлық шаманы өзгеріссіз қалдыруға болмайтынын түсіндіреді.

Қате нұсқалар: B) Екеуі де өзгермесе, олардың көбейтіндісі v де өзгермес еді. Бұл шарттағы шыныдағы жылдамдықтың кемуіне қайшы.

C) Қозғалмайтын шекарада тербеліс жиілігі сақталады. Жылдамдық кемігенде v=λf бойынша өзгеретін шама — толқын ұзындығы.

D) f тұрақты болса, λ=v/f. Жылдамдық кемігенде толқын ұзындығы арта алмайды; оның өзгерісі жылдамдықпен бір бағытта болады.

E) Шартта жылдамдықтың кемуі нақты берілген. Сонымен бірге қозғалмайтын сызықтық шекара жиілікті осы түрде арттырмайды. Ишара: v=λf теңдеуінде шекарадан өткенде қай шама сақталатынын белгіле.

Ереже: Бір вакуумдық c мәніне қатысты vқ=c/nқ және vк=c/nк. Екі өрнекті бөлсек, vқ/vк=nк/nқ; сыну көрсеткіші үлкен түстің фазалық жылдамдығы кіші болады.

Қолдану: vқ/vк=1,60/1,50=16/15≈1,067. Демек, берілген материалда қызыл жарық күлгіннен шамамен 6,7% жылдамырақ таралады. Бұл салыстыру вакуумға емес, нақты көрсеткіштері берілген ортаға қатысты. Есепте c-ның сандық мәні қажет емес, өйткені қатынаста ол қысқарады.

Қате нұсқалар: A) Көрсеткіштердің қосындысы жылдамдықтардың қатынасына тең емес. Қажетті қатынас c/n өрнектерін бөлу арқылы табылады.

B) 1,60−1,50=0,10 — көрсеткіштердің айырмасы. Сұрақ жылдамдықтар қатынасын сұрайды, сондықтан азайту жеткіліксіз.

C) Бұл сыну көрсеткіштерін жылдамдықтармен бір бағытта салыстырудан шығады. v=c/n болғандықтан, жылдамдықтар қатынасында көрсеткіштердің реті кері болады.

D) Екі түс үшін сыну көрсеткіштері әртүрлі берілген. Сондықтан дәл осы материалда олардың фазалық жылдамдықтарын тең деуге болмайды. Ишара: Әуелі екі жылдамдықты c/n арқылы жаз; сонда қай көрсеткіш алымда қалатыны көрінеді.

Ереже: Шекарадан өткенде жиілік өзгермесе, λорта=v/f=(c/n)/f=λ₀/n. Мұндағы λ₀ вакуумдағы, ал λорта материал ішіндегі толқын ұзындығы; оларды бірдей белгімен шартсыз алмастыруға болмайды.

Қолдану: λорта=600/1,5=400 нм. Бұл жарықтың шыныдағы кеңістіктік периоды қысқарғанын білдіреді. Оның жиілігі сол күйінде қалады; жарық сыртқа қайта шыққанда вакуумдық ұзындығы қайтадан 600 нм болады, егер қосымша жиілік түрлендіруі болмаса. Бұл есеп қабықша қалыңдығын емес, ортадағы толқын ұзындығын анықтайды.

Қате нұсқалар: A) 600 нм-ді екіге бөлу үшін n=2 қажет болар еді. Шартта нақты n=1,5 берілген, сондықтан бөлгішті өз бетімізше ауыстыруға болмайды.

B) Мұндай нәтиже берілген қатынастан шықпайды. 600/1,5 есебін орындағанда 400 болады; қосымша төртке бөлу немесе қабықша формуласын қолдану қажет емес.

D) Бұл вакуумдағы толқын ұзындығы. Шыныда жылдамдық c/n болғандықтан, жиілік сақталса да кеңістіктік период өзгереді.

E) Вакуумдық ұзындықты n-ге көбейту кері тәуелділікке қайшы. Жиілік сақталғанда ортадағы λ=λ₀/n болады. Ишара: Сұралған ұзындық қай ортаға қатысты екенін белгіле.

Ереже: Когерентті толқындардың салыстырмалы фазасы қарастырылған бақылау уақытында белгілі әрі тұрақты болады. Монохроматты тұрақты интерференция моделінде жиіліктері бірдей болуы қажет; поляризация мен қабаттасу да көрініске әсер етеді.

Қолдану: Шарт поляризация мен қабаттасуды алдын ала қамтамасыз еткен. Сондықтан қалған негізгі мәселе — фазалық байланысты сақтау. Тең жиілік пен тұрақты салыстырмалы фаза экрандағы максимумдар мен минимумдардың уақыт бойынша сақталуына мүмкіндік береді. Тек жарықтықты немесе көздің сыртқы түсін теңестіру бұл талаптың орнына жүрмейді.

Қате нұсқалар: A) Тең жарықтық көріністің контрастына көмектесуі мүмкін, бірақ тұрақты фазалық байланысқа кепіл емес. Жарықтықтың өзі когеренттілікті анықтамайды.

B) Ретсіз фазалық өзгеріс уақыт бойынша орташа интерференциялық көріністі жоя алады. Тұрақты жолақтар үшін керісінше фазалық байланыс сақталуы қажет.

C) Түстің ұқсастығы жиілік диапазондарының жақындығын көрсетуі мүмкін. Бірақ салыстырмалы фазаның тұрақтылығын жалғыз түс арқылы анықтау мүмкін емес.

E) Жиіліктер әртүрлі болса, салыстырмалы фаза уақытпен өзгереді. Мұндай екі еселік айырма тұрақты оптикалық интерференцияның берілген шарты емес. Ишара: Тұрақты жолақтар үшін толқындардың бір-біріне қатысты фазасы қалай өзгеруі тиіс?