Колебания. Волны. Волновая оптика

КОЛЕБАНИЯ

Физика колебаний

Понятие о колебательных процессах Колебаниями называются движения или процессы, обладающие той или иной повторяемостью во времени.

Гармонические колебания

Фаза колебаний

Амплитуда колебаний

Круговая, или циклическая частота ω

График гармонических колебаний

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний

Сложение колебаний Векторная диаграмма - это способ графического задания колебательного движения в виде вектора. Второе начало термодинамики Основы молекулярной физики и термодинамики

Затухающие колебания

Вынужденные колебания

Понятие о поверхностном натяжении жидкостей Молекулы жидкости, расположенные у ее границы, находятся в совершенно иных условиях, чем молекулы внутри жидкости. Молекула внутри жидкости находится под воздействием всех остальных молекул.

ВОЛНЫ

Волны в упругой среде

Основные определения Упругая волна - это процесс распространения колебаний в упругой среде. Характерное свойство волны - перенос энергии без переноса вещества.

Уравнение плоской волны

Волновое уравнение Применяя второй закон Ньютона к упругой среде, можно получить дифференциальное уравнение в частных производных, решением которого будет уравнение волны.

Энергия упругой волны Найдем полную механическую энергию для выделенного нами элемента упругой среды, в которой распространяются упругая продольная волна:

Стоячие волны

Электромагнитные волны

Система уравнений Максвелла для плоской электромагнитной волны Выпишем здесь еще раз систему уравнений Максвелла в дифференциальной форме вместе с материальными уравнениями

Пространственная структура электромагнитной волны

Плотность энергии электромагнитных волн

Излучение диполя

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

Световые волны - это электромагнитная волна с длиной волны в вакууме

Современная точка зрения на природу света

Вероятностное истолкование электромагнитной волны - связь между волновыми и корпускулярными свойствами света

Показатель преломления

Дисперсия

Световой вектор

Интенсивность света

Испускание света атомами

Естественный свет

Геометрическая оптика позволяет во многих случаях достаточно хорошо рассчитать оптическую систему. Но в ряде случаев реальный расчет оптических систем требует учета волновой природы света, расчет в рамках геометрической оптики дает приближенный результат, иногда неверный даже на качественном уровне.

Законы геометрической оптики

Полное внутреннее отражение

Тонкие линзы

Интерференция света

Интерференция (от лат. Inter - взаимно, ferio - ударяю) - взаимное усиление или ослабление двух (или большего числа) волн при их наложении друг на друга при одновременном распространении в пространстве. Интерференция - это одно из основных свойств волн любой природы: упругих, электромагнитных, в том числе и световых.

Интерференция света

Интерференция от двух источников

Способы получения когерентных источников Томас Юнг наблюдал интерференцию от двух источников, прокалывая на малом расстоянии (d ≈ 1мм) два маленьких отверстия в непрозрачном экране. Отверстия освещались светом от солнца, прошедшим через малое отверстие в другом непрозрачном экране

Многолучевая интерференция

Дифракция света

Дифракция света Дифракция (от лат. difractus - преломленный) в первоначальном смысле - огибание волнами препятствий, в современном, более широком смысле - любые отклонения при распространении волн от законов геометрической оптики. Причина дифракции, как и интерференции, - суперпозиция волн, которая приводит к перераспределению интенсивности. Если число интерферирующих источников конечно, то говорят об интерференции волн. При непрерывном распределении источников говорят о дифракции волн.

Дифракция Френеля и Фраунгофера

Принцип Гюйгенса-Френеля

Математическая формулировка принципа Гюйгенса-Френеля.

Зоны Френеля

Дифракционная решетка

Поляризация света Свет, у которого направления колебаний вектора упорядочены каким-то образом, называется поляризованным. Световая волна - это электромагнитная волна, у которой вектор всегда перпендикулярен направлению распространения Естественный свет - это смесь огромного числа цугов, каждый цуг поляризован, но направления векторов этих цугов различное. Поэтому естественный свет не поляризован, у него отсутствует какое-либо упорядочение направлений колебаний вектора .

Плоско поляризованная электромагнитная волна

Принцип действия поляризатора электромагнитной волны

Поляроид

Закон Малюса

Частично поляризованный свет. Степень поляризации

Эллиптическая и круговая поляризация

Поляризация при отражении и преломлении

Формулы Френеля

Закон Брюстера

Двойное лучепреломление

Модель двояко преломляющего кристалла

Необыкновенный и обыкновенный лучи

.Взаимодействие света с веществом

При распространении света в веществе возникают следующие явления. Во-первых, изменяется скорость распространения, см., причем, скорость распространения зависит от длины световой волны. Это явление называется дисперсией. Во-вторых, часть энергии световой волны теряется. Это явление называется поглощением или абсорбцией света. Наконец, при распространении света в оптически неоднородной среде возникает рассеяние света на пространственных неоднородностях среды.

Дисперсия света

Групповая скорость

.Связь групповой скорости u с фазовой скоростью v

Поглощение света

Закон Бугера

Зависимость коэффициента поглощения от частоты

Рассеяние света

Геометрическое рассеяние

Рассеивание на малых частицах . Закон Релея

Молекулярное рассеяние

Список литературы

Начертательная геометрия и инженерная графика, перспектива