2025-01-26
Свет как скалярные волны.
Дополнение к работе
Дополнение к работе
В этой заметке можно ознакомиться с экспериментами, которые должны доказывать поперечность световых волн.
Она является дополнением к этой работе.
1. Поляризация света с помощью поляризационных фильтров
Описание: Поляризационные фильтры пропускают свет только с определённой ориентацией электрического поля. Если свет проходит через первый фильтр, он становится линейно поляризованным. При добавлении второго фильтра под углом 90° свет блокируется полностью.
Результат: Свет теряет интенсивность при прохождении через фильтры в зависимости от угла между их осями пропускания. Это подтверждает, что свет имеет поперечную природу, так как амплитуда электрического поля зависит от ориентации фильтра.
2. Эксперимент Френеля и Араго (1819)
Описание: Они изучали интерференцию света, проходящего через два поляризатора. Если два пучка света изначально неполяризованы, они могут интерферировать. Но если они поляризованы взаимно перпендикулярно, интерференции не возникает.
Результат: Они обнаружили, что световые волны с взаимно перпендикулярной поляризацией не могут интерферировать. Это указывает на то, что свет — это волна с электрическими колебаниями в определённой плоскости.
3. Эффект Брюстера (1815)
Описание: Свет, падающий на поверхность диэлектрика под определённым углом (углом Брюстера), отражается полностью поляризованным. Отражённый и преломлённый лучи оказываются взаимно перпендикулярно поляризованными.
Результат: Это подтверждает, что свет представляет собой поперечную волну, так как электрическое поле в отражённом пучке колеблется в одной плоскости.
4. Двойное лучепреломление в кристаллах (эксперимент с кальцитом)
Описание: Когда свет проходит через двоякопреломляющий кристалл (например, кальцит), он разделяется на два луча с разной поляризацией. Эти лучи проходят через кристалл с разными скоростями.
Результат: Два луча имеют разные направления поляризации, что демонстрирует, что свет можно разделить на компоненты с электрическими колебаниями в разных плоскостях.
5. Эффект вращения плоскости поляризации (Эффект Фарадея, 1845)
Описание: При прохождении линейно поляризованного света через материал, находящийся в магнитном поле, плоскость поляризации поворачивается. Величина поворота зависит от силы магнитного поля и длины пути света в материале.
Результат: Этот эффект показывает взаимодействие света (электромагнитной волны) с веществом и подтверждает, что свет имеет определённую ориентацию поляризации.
6. Эффект Малюса (1809)
Описание: Интенсивность света, проходящего через два поляризатора, зависит от угла между ними. Интенсивность \(I\) изменяется по закону Малюса:
\[ I = I_0 \cos^2(\theta) \]
где: \(\theta\) — угол между осями поляризаторов.
Результат: Это подтверждает, что свет представляет собой волну с электрическим полем, ориентированным в определённой плоскости.
7. Оптическая активность веществ
Описание: Некоторые вещества (например, растворы сахара) способны вращать плоскость поляризации света. Свет проходит через оптически активное вещество, и его поляризация изменяется в зависимости от толщины слоя вещества и его концентрации.
Результат: Показывает, что свет имеет плоскость поляризации, которая может быть изменена при взаимодействии с веществом.
8. Эффект Керра
Описание: В сильном электрическом поле некоторые материалы становятся двойнично-преломляющими, то есть свет, проходящий через них, становится поляризованным.
Результат: Этот эффект подтверждает взаимодействие электрического поля света с внешними электрическими полями, что согласуется с волновой природой света.
9. Круговая и эллиптическая поляризация
Описание: С помощью специальных устройств, таких как кварцевые пластины (пластинки полуволны или четвертьволны), линейно поляризованный свет можно преобразовать в круговой или эллиптически поляризованный. Круговая поляризация возникает, если электрическое поле света вращается с постоянной амплитудой, создавая круговой вектор.
Результат: Это подтверждает, что свет является волной с различными возможными состояниями поляризации.