Концепція інтерференції механічних хвиль. I.Складання хвиль.Принцип суперпозиції. Розподіл енергії при інтерференції

Інтерференція хвиль(Від лат. inter- Взаємно, між собою і ferio- вдаряю, поражаю) - взаємне посилення або ослаблення двох (або більшого числа) хвиль при їх накладенні один на одного при одночасному поширенні в просторі.

Зазвичай під інтерференційним ефектомрозуміють той факт, що результуюча інтенсивність в одних точках простору виходить більше, в інших - менше сумарної інтенсивності хвиль.

Інтерференція хвиль- Одна з основних властивостей хвиль будь-якої природи: пружних, електромагнітних, у тому числі і світлових, та ін.

Інтерференція механічних хвиль.

Додавання механічних хвиль - їх взаємне накладення - найпростіше спостерігати на поверхні води. Якщо збудити дві хвилі, кинувши у воду два камені, то кожна з цих хвиль поводиться так, ніби іншої хвилі не існує. Аналогічно поводяться звукові хвилі від різних незалежних джерел. У кожній точці середовища коливання, спричинені хвилями, просто складаються. Результуюче зміщення будь-якої частинки середовища являє собою алгебраїчну суму зсувів, які відбувалися б при поширенні однієї з хвиль без іншої.

Якщо одночасно у двох точках Про 1і Про 2збудити у воді дві когерентні гармонічні хвилі, то спостерігатимуться гребені та западини на поверхні води, що не змінюються з часом, тобто виникне інтерференція.

Умовою виникнення максимумуінтенсивності у певній точці М, що знаходиться на відстанях d 1 і d 2 від джерел хвиль Про 1і Про 2, відстань між якими l ≪ d 1 і l ≪ d 2(Рис. нижче), буде:

Δd = kλ,

де k = 0, 1 , 2 , а λ — довжина хвилі.

Амплітуда коливань середовища в цій точці максимальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює цілому довжини хвиль і за умови, що фази коливань двох джерел збігаються.

Під різницею ходу Δdтут розуміють геометричну різницю шляхів, які проходять хвилі від двох джерел до розглянутої точки: Δd =d 2 - d 1 . При різниці ходу Δd = kλрізниця фаз двох хвиль дорівнює парному числу π , і амплітуди коливань складатимуться.

Умовою мінімумує:

Δd = (2k + 1)λ/2.

Амплітуда коливань середовища в даній точці мінімальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює непарному числу напівхвиль і за умови, що фази коливань двох джерел збігаються.

Різниця фаз хвиль у цьому випадку дорівнює непарному числу π , Т. е. коливання відбуваються в протифазі, отже, гасяться; амплітуда результуючого коливання дорівнює нулю.

Розподіл енергії при інтерференції.

Внаслідок інтерференції відбувається перерозподіл енергії у просторі. Вона концентрується у максимумах за рахунок того, що в мінімуми не надходить зовсім.

З якими ми починаємо зараз знайомитись. Щоб переконатися у тому, що світло має хвильову природу, необхідно було знайти експериментальні докази інтерференції та дифракції світла.

Щоб лучпзе зрозуміти явище інтерференції світла, ми спочатку зупинимося на інтерференції механічних хвиль.

Складання хвиль.Дуже часто серед одночасно поширюється кілька різних хвиль. Наприклад, коли в кімнаті розмовляє кілька людей, то звукові хвилі накладаються одна на одну. Що при цьому відбувається?

Найпростіше простежити за накладанням механічних хвиль, спостерігаючи хвилі на поверхні води. Якщо ми кинемо у воду два камені, утворивши тим самим дві кругові хвилі, то можна буде помітити, що кожна хвиля проходить крізь іншу і поводиться далі так, ніби іншої хвилі зовсім не існувало. Так само будь-яке число звукових хвиль може одночасно поширюватися в повітрі, нітрохи не заважаючи один одному. Безліч музичних інструментів в оркестрі або голосів у хорі створює звукові хвилі, що одночасно вловлюються нашим вухом. Причому вухо може відрізнити один звук від іншого.

Тепер подивимося уважніше, що відбувається у місцях, де хвилі накладаються одна на одну. Спостерігаючи хвилі на поверхні води від двох кинутих у воду каміння, можна помітити, що деякі ділянки поверхні не обурені, в інших місцях обурення посилилося. Якщо дві хвилі зустрічаються в одному місці своїми гребенями, то тут обурення поверхні води посилюється. Якщо ж, навпаки, гребінь однієї хвилі зустрічається з западиною іншої, то поверхня води не буде обурена.

Загалом у кожній точці середовища коливання, викликані двома хвилями, просто складаються. Результуюче зміщення будь-якої частинки середовища є алгебраїчну суму зсувів, які відбувалися б при поширенні однієї з хвиль без іншої.

Інтерференція.Додавання у просторі хвиль, у якому утворюється постійне але часу розподіл амплітуд результуючих коливань частинок середовища, називається інтерференцією 1 .

З'ясуємо, за яких умов спостерігається інтерференція хвиль. Для цього розглянемо докладніше складання хвиль, що утворюються на поверхні води.

Можна одночасно збудити дві кругові хвилі у ванні за допомогою двох птариків, укріплених на стрижні, які здійснюють гармонійні коливання (рис. 8.43). У будь-якій точці М поверхні води (рис. 8.44) будуть складатися коливання, викликані двома хвилями (від джерел O 1 і О 2). Амплітуди коливань, викликаних у точці М обома хвилями, будуть, взагалі кажучи, відрізнятися, оскільки хвилі проходять різні шляхи d 1 і d 2 . Але якщо відстань між джерелами набагато менше цих шляхів то обидві амплітуди можна вважати практично однаковими.

Результат складання хвиль, які у точку М, залежить від різниці фаз з-поміж них. Пройшовши різні відстані d 1 і d 2 хвилі мають різницю ходу

d = d 2 - d 1 . Якщо різниця ходу дорівнює довжині хвилі, то друга хвиля запізнюється порівняно з першою на один період (саме за період хвиля проходить шлях, що дорівнює її довжині хвилі). Отже, у разі гребені (як і западини) обох хвиль збігаються.

Умови максимумів.На малюнку 8.45 зображено залежність від часу усунення х 1 і х 2 хвилями при d = . Різниця фаз коливань дорівнює нулю (або, що те саме, 2 так як період синуса дорівнює 2). В результаті складання цих коливань виникають результуючі коливання з подвоєною амплітудою. Коливання результуючого усунення х малюнку показані кольорової штриховою лінією.

1 Від латинських слів inter - взаємно, між собою та ferio ударяю, вражаю.

Те саме відбуватиметься, якщо на відрізку d укладається не одна, а будь-яке ціле число довжин хвиль.

Амплітуда коливань частинок середовища в даній точці максимальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює цілій кількості довжин хвиль:

де k = 0, 1, 2, ....

Умови мінімумів.Нехай тепер на відрізку Ad укладається половина довжини хвилі. Очевидно, що при цьому друга хвиля відстає від першої на половину періоду. Різниця фаз виявляється рівною л, тобто коливання відбуватимуться у протифазі. В результаті складання цих коливань амплітуда результуючих коливань дорівнює нулю, тобто в точці коливань, що розглядається, немає (рис. 8.46). Те саме відбудеться, якщо на відрізку укладається будь-яке непарне число напівхвиль.

Амплітуда коливань частинок середовища в даній точці мінімальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює непарному числу напівхвиль:

Якщо різниця ходу d 2 - d 1 приймає проміжне значення між тим, і амплітуда результуючих коливань приймає деяке проміжне значення між подвійною амплітудою і нулем. Але важливо те, що амплітуда коливань у будь-якій точці не змінюється з часом. На поверхні води виникає певний, незмінний у часі розподіл амплітуд коливань, який називають інтерференційною картиною. На малюнку 8.47 показано фотографію інтерференційної картини для двох кругових хвиль від двох джерел (чорні кружки). Білі ділянки у середній частині фотографії відповідають максимумам коливань, а темні – мінімумам.

Когерентні хвилі.Для утворення стійкої інтерференційної картини необхідно, щоб джерела хвиль мали однакову частоту та різниця фаз їх коливань була постійною.

Джерела, що відповідають цим двом умовам, називаються когерентними 1 . Когерентними називають і створені хвилями. Тільки при складанні когерентних хвиль утворюється стійка інтерференційна картина.

Якщо ж різниця фаз коливань джерел не залишається постійною, то в будь-якій точці середовища різниця фаз коливань, що збуджуються двома хвилями, змінюватиметься з часом. Тому амплітуда результуючих коливань з часом безперервно змінюватиметься. В результаті максимуми і мінімуми переміщуються в просторі, і інтерференційна картина розмивається.

Розподіл енергії при інтерференції.Хвилі несуть енергію. Що ж із цією енергією відбувається при гасінні хвиль один одному? Можливо, вона перетворюється на інші форми, й у мінімумах інтерференційної картини виділяється тепло? Нічого подібного!

Наявність мінімуму у цій точці інтерференційної картини означає, що енергія сюди не надходить зовсім. Внаслідок інтерференції відбувається перерозподіл енергії в просторі. Вона не розподіляється поступово по всіх частках середовища, а концентрується в максимумах за рахунок того, що в мінімуми не надходить зовсім.

1 Від латинського слова cohaereus - волимозв'язаний.

Виявлення інтерференційної картини доводить, що ми спостерігаємо хвильовий процес. Хвилі можуть гасити один одного, а частинки, що стикаються, ніколи не знищують один одного цілком. Інтерферують лише когерентні (узгоджені) хвилі.

1. Які волі називають когерентними!
2. Що називають інтерференцією!

Мякішев Г. Я., Фізика. 11 клас: навч. для загальноосвіт. установ: базовий та профіл. рівні / Г. Я. Мякішев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругін; за ред. В. І. Ніколаєва, Н. А. Парфентьєвої. - 17-те вид., перероб. та дод. – М.: Просвітництво, 2008. – 399 с: іл.

Допомога школяру онлайн , Фізика та астрономія для 11 класу скачати , календарно-тематичне планування

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Додатки рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Часто в речовині в той самий момент часу поширюється кілька хвиль. У такому разі будь-яка частка речовини, яка потрапляє в це складне поле хвилі, здійснює коливання, що є результатом кожного з хвильових процесів, що розглядаються. Сумарне зміщення частинки речовини у довільний момент часу - це геометрична сума зсувів, які викликані кожним із окремих процесів коливання. Кожна хвиля поширюється на речовині так, ніби інших хвильових процесів немає. Закон складання хвиль (коливань) називають принципом суперпозиції чи принципом незалежного накладання хвиль друг на друга. Як приклад незалежного складання коливань можна навести складання коливань хвиль звуку під час гри оркестру. Слухаючи який можна розрізнити звучання окремих інструментів. Якби принцип суперпозиції не виконувався, то музика стала б неможливою.

Визначення інтерференції хвиль

ВИЗНАЧЕННЯ

Складання коливань, у якому вони взаємно посилюють чи послаблюють одне одного, називають інтерференцією.

У перекладі з французької interferer означає втручатися.

Інтерференція хвиль виникає тоді, коли коливання у хвилях відбуваються при однакових частотах, однакових напрямках усунення частинок і сталості різниці фаз. Або, інакше кажучи, за когерентності джерел хвиль. (У перекладі з латинської cohaerer - перебувати у зв'язку). У тому випадку, якщо один потік хвиль, що біжать, створюють послідовно у всіх точках досліджуваної частини поля хвилі однакові коливання, накладається на когерентний потік подібних хвиль, що створює коливання хвилі з такою ж амплітудою, то інтерференція коливань веде до незмінного в часі розчленування поля хвилі на:

1. Області посилення коливань.
2. Області ослаблення коливань.

Геометричне розташування місця інтерференційного посилення коливань визначає різницю ходу хвиль (). Найбільше посилення коливань розташовується там, де:

де n – ціле число; - довжина хвилі.

Максимальне послаблення коливань відбувається там, де:

Явище інтерференції можна спостерігати у будь-яких видів хвиль. Це, наприклад, можна спостерігати хвиль світла. Для певної величини різниці ходу прямого і відбитого променя світла, потрапляючи в одну точку, промені, що розглядаються, здатні повністю погасити один одного.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

Два коливання відбуваються відповідно до рівнянь: і . Покажіть, як отримати умову максимуму та мінімуму інтенсивності при накладенні двох даних хвиль.

Рішення

Якщо розглядається додавання коливань в одному напрямку, тоді зміщення, яке отримує точка в кожному коливанні, буде складатися алгебраїчно. І результуюче усунення одно: Зобразимо векторну діаграму складання двох коливань однакової частоти (таких, які задані за умовою (рис.1)). Сумарне усунення x (1.1) виходить проектуванням на вертикальний діаметр векторів - амплітуд і . Для будь-якого моменту часу зсув x - проекція вектора , який дорівнює: Отже, маємо: З рис.1 випливає, що: Енергія сумарного гармонійного коливання дорівнює сумі енергій коливань, якщо: Вираз (1.6) виконується, якщо (відповідно до (1.5)) фази сумованих коливань відрізняються на величину , де Якщо різниця фаз становить: То вважають, що коливання перебувають у протифазі, тоді: У разі, при якому:

Розглянемо тепер ситуацію, коли є не одне, а кілька джерел хвиль (осциляторів). Випромінені ними хвилі в деякій області простору надаватимуть сукупну дію. Перш ніж розпочати аналіз того, що може статися в результаті, зупинимося спочатку на дуже важливому фізичному принципі, яким неодноразово користуватимемося в нашому курсі, - принципі суперпозиції.Суть його проста.

Припустимо, що є не одне, а кілька джерел обурення (ними можуть бути механічні осцилятори, електричні заряди та ін.). Що відзначатиме прилад, який реєструє одночасно обурення середовища від усіх джерел? Якщо складові процесу впливу взаємно не впливають один на одного, то результуючий ефект буде сумою ефектів, що викликаються кожним впливом окремо незалежно від наявності інших - і є принцип суперпозиції, тобто. накладення.Цей принцип єдиний багатьом явищ, та його математична запис може бути різною залежно від характеру аналізованих явищ - векторного чи скалярного.

Принцип суперпозиції хвиль виконується не у всіх випадках, а лише в так званих лінійних середовищах. Середу, наприклад, вважатимуться лінійної,якщо її частинки знаходяться під дією пружної (квазіпружної) сили, що повертає. Середовища, в яких принцип суперпозиції не виконується, називаються нелінійними.Так, при поширенні хвиль великої інтенсивності лінійне середовище може ставати нелінійним. Виникають надзвичайно цікаві та технічно важливі явища. Це спостерігається при поширенні серед ультразвуку великої потужності (в акустиці) або лазерних променів в кристалах (в оптиці). Наукові та технічні напрями, що займаються вивченням цих явищ, отримали назву нелінійної акустики та нелінійної оптики, відповідно.

Розглянемо лише лінійні ефекти. Стосовно хвиль принцип суперпозиції стверджує, що кожна з них? t)поширюється незалежно від цього, є у цьому середовищі джерела інших хвиль чи ні. Математично, у разі поширення Nхвиль уздовж осі х,він виражається так

де с(х, 1)- Сумарна (результуюча) хвиля.

Розглянемо накладення двох монохроматичних хвиль однакової частоти з і поляризації, що поширюються по одному напрямку (вісь х)з двох джерел

Спостерігатимемо результат їх складання в певній точці М,тобто. зафіксуємо координату х = х мв рівняннях, що описують обидві хвилі:

При цьому ми усунули подвійну періодичність процесу і перетворили хвилі на коливання, що відбуваються в одній точці. Мз одним тимчасовим періодом Т= 2л/с і що відрізняються початковими фазами Ф, = до г х мі ф 2 = крс м,тобто.

і

Тепер для знаходження результуючого процесу t(t)у точці Мми повинні скласти 2,! і q 2: W)= ^i(0 + з 2 (0- Ми можемо скористатися результатами, отриманими раніше в підрозділі 2.3.1. Використовуючи формулу (2.21), отримаємо амплітуду сумарного коливання) А,виражену через А,ф! і А 2фг, як

Значення А м(амплітуда сумарного коливання у точці М)залежить від різниці фаз коливань Аф = ф2 - ф). Що відбувається у разі різних значень Дф, детально розглянуто у підрозділі 2.3.1. Зокрема, якщо ця різниця Аф залишається постійною, то залежно від її значення може вийти так, що у разі рівності амплітуд А = А 2 = Арезультуюча амплітуда А мбуде дорівнює нулю або 2 А.

Щоб явище збільшення чи зменшення амплітуди при накладанні хвиль (інтерференції) можна було спостерігати, необхідно, як говорилося, щоб різниця фаз Дф = ф 2 - ф! залишалася постійною. Ця вимога означає, щоб коливання були когерентними.Джерела коливань називаються когерентними", якщо різниця фаз збуджуваних ними коливань не змінюється з часом. Хвилі, породжені такими джерелами, також є когерентними.Крім того, необхідно, щоб хвилі, що складаються, були однаково поляризованими, тобто. щоб усунення частинок у них відбувалися, наприклад, в одній площині.

Видно, що здійснення інтерференції хвиль потребує дотримання кількох умов. У хвильовій оптиці це створення когерентних джерел та реалізації способу складання збуджуваних ними хвиль.

1 Розрізняють когерентність (від лат. cohaerens- «тимчасовий, що знаходиться у зв'язку»), пов'язану з монохроматичністю хвиль, про яку і йдеться в даному розділі, і просторову когерентність, порушення якої характерне для протяжних джерел випромінювання (нагрітих тіл, зокрема). Особливості просторової когерентності (і некогерентності) ми не розглядаємо.

Рівняння стоячої хвилі.

В результаті накладення двох зустрічних плоских хвиль з однаковою амплітудою коливальний процес, що виникає, називається стоячою хвилею . Майже стоячі хвилі з'являються при відображенні від перешкод. Напишемо рівняння двох плоских хвиль, що розповсюджуються в протилежних напрямках (початкова фаза):

Складемо рівняння та перетворимо за формулою суми косінусів: . Т.к. , можна записати: . Враховуючи, що , отримаємо рівняння стоячої хвилі : . У виразі для фази не входить координата, тому можна записати: де сумарна амплітуда .

Інтерференція хвиль- таке накладання хвиль, у якому відбувається стійке у часі їх взаємне посилення у одних точках простору і ослаблення інших, залежно від співвідношення між фазами цих хвиль. Необхідні умовидля спостереження інтерференції:

1) хвилі повинні мати однакові (або близькі) частоти, щоб картина, що виходить в результаті накладання хвиль, не змінювалася в часі (або змінювалася не дуже швидко, щоб її можна було встигнути зареєструвати);

2) хвилі мають бути односпрямованими (або мати близький напрямок); Дві перпендикулярні хвилі ніколи не дадуть інтерференції. Іншими словами, хвилі, що складаються, повинні мати однакові хвильові вектори. Хвилі, для яких виконуються ці дві умови, називаються когерентними.Першу умову іноді називають тимчасовою когерентністю, друге - просторовою когерентністю. Розглянемо як приклад результат додавання двох однакових односпрямованих синусоїд. Варіюватимемо лише їх відносне зрушення. Якщо синусоїди розташовані так, що їх максимуми (і мінімуми) збігаються у просторі, відбудеться їхнє взаємне посилення. Якщо ж синусоїди зрушені один щодо одного на півперіоду, максимуми однієї припадуть на мінімуми іншої; синусоїди знищать один одного, тобто відбудеться їхнє взаємне ослаблення. Складаємо дві хвилі:

тут х 1і х 2- Відстань від джерел хвиль до точки простору, в якій ми спостерігаємо результат накладання. Квадрат амплітуди результуючої хвилі дається виразом:

Максимум цього виразу є 4A 2, Мінімум - 0; все залежить від різниці початкових фаз і від так званої різниці ходу хвиль D:

Якщо в даній точці простору буде спостерігатися інтерференційний максимум, при - інтерференційний мінімум. Якщо ж ми зрушимо точку спостереження в бік від прямої, що з'єднує джерела, ми потрапимо в область простору, де інтерференційна картина змінюється від точки до точки. У цьому випадку ми спостерігатимемо інтерференцію хвиль з рівними частотами та близькими хвильовими векторами.

Електромагнітні хвилі.Електромагнітне випромінювання - обурення (зміна стану) електромагнітного поля, що поширюється в просторі (тобто, взаємодіючих один з одним електричного і магнітного полів). Серед електромагнітних полів взагалі, породжених електричними зарядами та їх рухом, прийнято відносити власне до випромінювання ту частину змінних електромагнітних полів, яка здатна поширюватися найбільш далеко від своїх джерел - зарядів, що рухаються, загасаючи найбільш повільно з відстанню. Електромагнітне випромінювання поділяється на радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання та гамма-випромінювання. Електромагнітне випромінювання здатне поширюватися практично у всіх середовищах. У вакуумі (просторі, вільному від речовини і тіл, що поглинають або випромінюють електромагнітні хвилі) електромагнітне випромінювання поширюється без загасань на скільки завгодно великі відстані, але в ряді випадків досить добре поширюється і в просторі, заповненому речовиною (дещо змінюючи свою поведінку). Основними характеристиками електромагнітного випромінювання прийнято вважати частоту, довжину хвилі та поляризацію. Довжина хвилі прямо пов'язана із частотою через (групову) швидкість поширення випромінювання. Групова швидкість поширення електромагнітного випромінювання у вакуумі дорівнює швидкості світла, в інших середовищах ця швидкість менша. Фазова швидкість електромагнітного випромінювання у вакуумі також дорівнює швидкості світла, у різних середовищах вона може бути як меншою, так і більшою за швидкість світла.

Яка природа світла. Інтерференція світла. Когерентність та монохроматичність світлових хвиль. Застосування інтерференції світла. Дифракція світла. Принцип Ґюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція Френеля на круглому отворі. Дисперсія світла. Електронна теорія дисперсії світла. Поляризація світла. Природне та поляризоване світло. Ступінь поляризації. Поляризація світла при відображенні та заломленні на межі двох діелектриків. Поляроїди

Яка природа світла.Перші теорії про природу світла – корпускулярна та хвильова – з'явилися в середині 17 століття. Відповідно до корпускулярної теорії (або теорії закінчення) світло є потік частинок (корпускул), які випромінюються джерелом світла. Ці частинки рухаються у просторі та взаємодіють із речовиною за законами механіки. Ця теорія добре пояснювала закони прямолінійного поширення світла, його відображення та заломлення. Основоположником цієї теорії є Ньютон. Відповідно до хвильової теорії світло є пружні поздовжні хвилі в особливому середовищі, що заповнює весь простір - світлоносному ефірі. Поширення цих хвиль описується принципом Гюйгенса. Кожна точка ефіру, до якої дійшов хвильовий процес, є джерелом елементарних вторинних сферичних хвиль, що огинає утворює новий фронт коливань ефіру. Гіпотеза про хвильову природу світла висловлена ​​Гуком, а розвиток вона отримала у роботах Гюйгенса, Френеля, Юнга. Поняття пружного ефіру призвело до нерозв'язних протиріч. Наприклад, явище поляризації світла показало. що світлові хвилі поперечні. Пружні поперечні хвилі можуть поширюватися лише у твердих тілах, де має місце деформація зсуву. Тому ефір має бути твердим середовищем, але водночас не перешкоджати руху космічних об'єктів. Екзотичність властивостей пружного ефіру була суттєвим недоліком початкової хвильової теорії. Суперечності хвильової теорії були дозволені в 1865 Максвеллом, який дійшов висновку, що світло - електромагнітна хвиля. Одним із аргументів на користь даного твердження є збіг швидкості електромагнітних хвиль, теоретично обчислених Максвеллом, зі швидкістю світла, визначеною експериментально (в дослідах Ремера та Фуко). Згідно з сучасними уявленнями, світло має подвійну корпускулярно-хвильову природу. В одних явищах світло виявляє властивості хвиль, а в інших – властивості частинок. Хвильові та квантові властивості доповнюють одна одну.

Інтерференція хвиль.
- Це явище накладання когерентних хвиль
- властиво хвилях будь-якої природи (механічним, електромагнітним тощо.

Когерентні хвилі- це хвилі, що випускаються джерелами, що мають однакову частоту та постійну різницю фаз. При накладенні когерентних хвиль у будь-якій точці простору амплітуда коливань (зміщення) цієї точки залежатиме від різниці відстаней від джерел до точки, що розглядається. Ця різниця відстаней називається різницею ходу.
При накладенні когерентних хвиль можливі два граничні випадки:
1) Умова максимуму: Різниця ходу хвиль дорівнює цілому числу довжин хвиль (інакше парному числу довжин напівхвиль).
де . У цьому випадку хвилі в точці, що розглядається, приходять з однаковими фазами і посилюють один одного - амплітуда коливань цієї точки максимальна і дорівнює подвоєній амплітуді.

2) Умова мінімуму: Різниця ходу хвиль дорівнює непарному числу довжин напівхвиль. де . Хвилі приходять у розглянуту точку в протифазі і гасять один одного. Амплітуда коливань цієї точки дорівнює нулю. Через війну накладання когерентних хвиль (інтерференції хвиль) утворюється інтерференційна картина. При інтерференції хвиль амплітуда коливань кожної точки змінюється у часі залишається постійної. При накладення некогерентних хвиль немає інтерференційної картини, т.к. амплітуда коливань кожної точки змінюється з часом.

Когерентність та монохроматичність світлових хвиль.Інтерференцію світла можна пояснити, розглядаючи інтерференцію хвиль. Необхідною умовою інтерференції хвиль є їх когерентність, тобто узгоджене перебіг у часі та просторі кількох коливальних або хвильових процесів. Цій умові задовольняють монохроматичні хвилі- необмежені у просторі хвилі однієї певної та строго постійної частоти. Так як жодне реальне джерело не дає строго монохроматичного світла, то хвилі, що випромінюються будь-якими незалежними джерелами світла, завжди некогерентні. У двох самостійних джерелах світла атоми випромінюють незалежно друг від друга. У кожному з таких атомів процес випромінювання скінчен і триває дуже короткий час ( t » 10 -8 с). За цей час збуджений атом повертається у нормальний стан і випромінювання світла припиняється. Збудившись знову, атом знову починає випромінювати світлові хвилі, але вже з новою початковою фазою. Оскільки різниця фаз між випромінюванням двох таких незалежних атомів змінюється при кожному новому акті випромінювання, хвилі, спонтанно випромінювані атомами будь-якого джерела світла, некогерентні. Таким чином, хвилі, що випускаються атомами, лише протягом інтервалу часу 10 -8 с мають приблизно постійні амплітуду і фазу коливань, тоді як за більший проміжок часу і амплітуда, і фаза змінюються.

Застосування інтерференції світла.Явище інтерференції обумовлено хвильовою природою світла; його кількісні закономірності залежать від довжини хвилі l 0 . Тому це явище застосовується на підтвердження хвильової природи світла й у виміру довжин хвиль. Явище інтерференції застосовується також поліпшення якості оптичних приладів ( просвітлення оптики) та отримання високовідбивних покриттів. Проходження світла через кожну поверхню лінзи, що заломлює, наприклад через кордон скло-повітря, супроводжується відображенням »4% падаючого потоку (при показнику заломлення скла »1,5). Так як сучасні об'єктиви містять велику кількість лінз, то кількість відображень у них велика, а тому великі й втрати світлового потоку. Таким чином, інтенсивність світла послаблюється і світлосила оптичного приладу зменшується. Крім того, відбиття від поверхонь лінз призводять до виникнення відблисків, що часто (наприклад, у військовій техніці) демаскує положення приладу. Для усунення зазначених недоліків здійснюють так зване просвітлення оптики.Для цього на вільні поверхні лінз наносять тонкі плівки з показником заломлення меншим, ніж у матеріалу лінзи. При відображенні світла від меж розділу повітря-плівка і плівка-скло виникає інтерференція когерентних променів. Товщину плівки dта показники заломлення скла nз та плівки nможна підібрати так, щоб хвилі, відбиті від обох поверхонь плівки, гасили один одного. Для цього їх амплітуди повинні бути рівними, а оптична різниця ходу дорівнює . Розрахунок показує, що амплітуди відбитих променів рівні, якщо так nс, nта показник заломлення повітря n 0 відповідають умовам nз > n>n 0 то втрата напівхвилі відбувається на обох поверхнях; отже, умова мінімуму (припускаємо, що світло падає нормально, тобто. i= 0), , де nd -оптична товщина плівки.Зазвичай приймають m=0, тоді

Дифракція світла. Принцип Ґюйгенса – Френеля.Дифракція світла- відхилення світлових хвиль від прямолінійного поширення, огинання перешкод, що зустрічаються. Якісно явище дифракції пояснюється з урахуванням принципу Гюйгенса-Френеля. Хвильова поверхня в будь-який момент часу є не просто огинаючою вторинних хвиль, а результатом інтерференції. приклад. Плоский світлової хвилі падіння на непрозорий екран з отвором. За екраном фронт результуючої хвилі (що оминає всіх вторинних хвиль) викривляється, внаслідок чого світло відхиляється від початкового напрямку і потрапляє в область геометричної тіні. Закони геометричної оптики виконуються досить точно лише в тому випадку, якщо розміри перешкод на шляху розповсюдження світла набагато більші за довжину світлової хвилі: Дифракція відбувається в тому випадку, коли розміри перешкод можна порівняти з довжиною хвилі: L ~ Л. Дифракційна картина, отримана на екрані, розташованому за різними перешкодами, є результатом інтерференції: чергування світлих і темних смуг (для монохроматичного світла) і різнокольорових смуг (для білого світла). Дифракційні грати -оптичний прилад, що є сукупністю великої кількості дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками. Число штрихів у хороших дифракційних ґрат доходить до декількох тисяч на 1 мм. Якщо ширина прозорої щілини (або відбивають смуг) а, а ширина непрозорих проміжків (або смуги, що розсіюють світло) b, то величина d = а + b називається періодом ґрат.