Светлина

Светлината е електромагнитна вълна, която се разпространява както във всякаква прозрачна среда, така и във вакуум( за раз- лика от механичните вълни). Като всички вълни светлинните се характеризират със скорост, дължина на вълната и амплитуда на трептене и др.

Скорост на светлината във вакуум

Скоростта на светлината ( означава се със c) е физична константа, която играе важна роля в много области на физиката. Светлината и всички други форми на електромагнитно излъчване винаги се разпространяват с тази скорост във вакуум, независимо от движението на инерциалната отправна система на наблюдателя. Стойността й е равна на 299 792 458 m/s.

Светлинни лъчи.

Подобно на механичните вълни, светлинните вълни също се представят геометрично с вълнови фронтове и лъчи. Вълновите фронтове са повърхности, които показват положението на гребените на вълните в даден момент. Разстоянието между два съседни вълнови фронта е равно на дължината на вълната л. Посоката на разпространение на вълните се представя чрез лъчи, които са перпендикулярни на вълновите фронтове. По посока на лъчите става пренасянето на енергия от вълните. Точков източник на светлина излъчва сферични вълни - вълновите фронтове са концентрични сфери, в чийто общ център е разположен източникът, а лъчитеса радиални линии, излизащи от източника. Далеч от точковия източник малки части от вълновите фронтове могат да се разглеждат с приближение като плоски, т.е. като части от успоредни равнини. Такива вълни се наричат плоски. Лъчите на плоските вълни са успоредни прави.

Примерна задача.

Един от най - известните опити за определяне скоростта на светлината е направен от френския физик Арманд Физо през 1849 г. Зъбчато колело има n=360 зъба и се върти с ъглова скорост z=157 rad/s. Светлинен лъч, който преминава през един от процепите на колелото, се отразява от огледало, поставено на разстояние d=8670 m от колелото. Определете скоростта на светлината, получена от Физо, ако отразеният лъч попада върху зъба, съседен на процепа.

Отг.: c=2dnz/п.

Решение: Тъй като колелото е съставено от 360 зъба, то ъгълът между два съседни зъба или между два съседни процепа е a=1 градус. Обаче лъчът минава през един от поцепите и попада върху съседния на процепа зъб. Затова тук ъгълът е b=0.5 градуса. Преобразуваме тази стойност в радиани и получаваме, че b=п/360 rad. Но n=360. Следователно b=п/n. Оттук определяме времето, за което лъчът отива до огледалото и се връща. t=b/z=п/zn. Но за същото време лъчът изминава разстоянието 2d. Оттук следва, че c=2dnz/п~3,1.10^8 m/s.

Някои полезни формули.

1. c=лv, където c- скоростта на светлината във вакуум, л- дължината на вълната, v- честота на вълната.

2. n=c/u, където n- показател на пречупване на светлината, с- скорост на светлината във вакуум, u- скорост на светлината в прозрачна среда.

3. лv=c/n, където л- дължина на вълната, v- честота на вълната, c- скорост на светлината във вакуум, n- показател на пречупване.

4. л1=л/n, където л1- дължина на вълната в прозрачна среда, л- дължина на вълната във вакуум, n- показател на пречупване.

Задачи.

Задача 1. Колко е скоростта на светлината в диамант (n=2,4)?

Задача 2. Светлинен сигнал се разпространява по оста на стъклено влакно с дължина 10 km и показател на пречупване 1,5. За колко секунди сигналът ще премине през влакното?