Свет — это волна, и ничто другое
Но со временем атмосфера ухудшалась, и Эйлер решил, что «пора валить». В письме своему другу он сообщил о ситуации так: «здесь начали вешать за разговоры». Ну есть такое периодически, да. Климат может влияет. Когда в 1741 году поступило предложение от короля Пруссии, Эйлер без раздумий отправился в Берлин.
Следующим шатать корпускулярную теорию света стал совсем уж неожиданный человек — Иоганн Вольфганг Гёте.
В 1810 году Гёте публикует Zur Farbenlehre (Учение о цвете). Четыре тома, полторы тысячи страниц, сотни схем. Смесь оптики, психологии, и домыслов. Во вступлении к книге есть такие стихи:
Будь несолнечен наш глаз —
Кто бы солнцем любовался?
Не живи дух Божий в нас —
Кто б Божественным пленялся?
Один из современников назвал книгу «теологией цвета, а не изучением».
В науке только эксперимент может опровергнуть теорию. Именно эксперимент и закончил существование корпускулярной теории света такой, какой создал её Ньютон.
Но, прежде чем говорить о волнах предметно, абсолютно необходимо кратко выяснить, что же они из себя представляют.
Продольны или поперечны световые волны. Эволюция физики
Волна и её характеристики
Рябь на поверхности воды как движущаяся волна
Например, на то, что точно известно людям о составных частях механической волны.
Поперечная (а) и продольная (б) волны
Звуковая волна представляет собой продольную волну — звук фактически движется в том же самом направлении (вдоль), что и вибрации молекул воздуха. Поведение продольной волны демонстрирует также сжимающаяся и разжимающаяся пружина.
Другой тип волн — поперечные волны — представлены волнами воды и движением волн по верёвке. Как уже говорилось, в волнах воды колебание происходит только вверх и вниз, т.е. гребни волны сменяют друг друга. Но никакого движения вдоль нет, поплавок колеблется на месте. Графически, однако, оба типа волн выглядят одинаково.
Сферическая трёхмерная волна. Так распространяется звук и свет
По мере того как волны воды доходят до побережья и их скорость падает, они преломляются
Волны, тем не менее, не существуют сами по себе, а взаимодействуют с окружающей средой и друг другом. Происходит это в следующих формах.
Отражение волн. Когда волна встречает препятствие или подходит к концу среды распространения, как минимум часть её будет отражена. Это значит, что энергия начнёт движение в обратном направлении. Отражение волн воды можно видеть от камня или края бассейна, а отражение звуковых волн слышать как эхо.
Нужно подчеркнуть, что деструктивная интерференция не изменяет и не уничтожает волны, результирующая волна гасится В ТОЧКЕ ВСТРЕЧИ двух волн. После этой точки волны расходятся, и идут дальше с той же частотой и амплитудой, какую имели до встречи.
Дифракция. По мере движения волны распространяются. Когда волны встречаются с препятствием, они огибают его и немного загибаются в область за препятствием. Это явление и называется дифракцией, и для волн воды замечено уже многие столетия.
Идущие сверху волны проходят за препятствия разного размера. Обратите внимание, что чем больше длина волны, тем выраженей дифракция за препятствие
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.
Свет: частица или волна? История развития представлений и корпускулярно-волновой дуализм. — OneKu
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.
Конспект урока «Электромагнитная природа света»
Цель урока – получить представление о свете как электромагнитной волне.
Развивать устную речь обучающихся через организацию диалогического общения на уроке, формировать умение выражать свои мысли в грамматически правильной форме.
Формировать положительную мотивацию к учебе и повышение интереса к знаниям.
Называть различные диапазоны электромагнитных волн.
Техническое обеспечение урока — компьютер, мультимедийный проектор.
Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу.
3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации)
Изучая в 8 классе распространение, отражение и преломление света, мы не задавались вопросом о его природе. Теперь уместно было бы обратиться к этому вопросу в связи с изучением электромагнитных волн.
В качестве эпиграфа к сегодняшнему уроку возьмем отрывок из стихотворения Михаила Юрьевича Лермонтова:
С давних пор существовало два взгляда на природу света. Одни ученые считали, что свет представляет собой волну, другие рассматривали свет как поток частиц (корпускул). Но до начала XIX в. не было достаточно веских доказательств ни в пользу волновых, ни в пользу корпускулярных представлений.
Оказалось, что свету разных цветов соответствуют разные интервалы длин волн. Самые большие значения длин волн у красного света: от 760 нанометров до 620 нанометров.
Поскольку частота колебаний в волне обратно пропорциональна длине волны, то красному цвету соответствуют наименьшие по сравнению с другими цветами частоты.
Длины волн убывают (а частоты возрастают) в следующей последовательности цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Существует мнемоническая фраза, используемая для запоминания основных цветов видимого спектра светового излучения.
В этой фразе начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определённого цвета:
Существуют аналогичные по цели конструкции, в которых цвета перечисляются в такой же последовательности.
Например: Крот овце, жирафу, зайке голубые сшил фуфайки.
В англоязычных странах используют следующее высказывание: Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.
Или, на современный лад, Каждый оформитель желает знать, где скачать фотошоп.
Таким образом, в начале XIX в. опытным путем была подтверждена справедливость волновых взглядов на природу света. В то время ни о каких волнах, кроме механических, ученые еще не знали. Поэтому считали, что свет, подобно звуку, представляет собой механическую упругую волну.
Мы знаем, что упругие волны могут возникать только в веществе, поскольку именно частицы вещества совершают упругие колебания, распространяющиеся в пространстве. Значит, если свет — это упругая волна, то для его распространения нужна среда.
