ГЛАВА 33. ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА

По данной теме решают два основных типа задач: по определению скорости света, расстояния и времени распространения световых волн и по интерференции и дифракции света.

Эти задачи во многом аналогичны соответствующим задачам о звуковых волнах (гл. 30, 5 и 6), которые поэтому полезно повторить или решить в несколько иных вариантах.

В ознакомительном плане следует также решить несколько качественных и экспериментальных задач о поляризации света.

1. Скорость света

Задачи по данной теме должны помочь формированию понятия о скорости света, как огромной, но вместе с тем конечной скорости распространения световых волн, зависящей от свойств среды, познакомить с методами ее определения.

Поскольку об определении скорости света по методу Майкельсона обычно рассказывает сам учитель физики, а о методе Рёмера — учитель астрономии, то при решении задач лучше рассмотреть другие методы, например метод Физо (опыт с зубчатым диском) и метод Фуко (применение вращающегося зеркала). Последний опыт особенно интересен тем, что позволил непосредственно определить скорость света в различных средах. Соответствующие расчеты выполняют с применением формул где с — скорость

Рис. 251.

света в вакууме, расстояние, пройденное светом за время скорость света в среде, где световые волны распространяются в раз медленнее, чем в вакууме.

При расчетах скорость света в вакууме будем принимать равной

827. На рисунке 251 показана схема опыта, с помощью которого Галилей пытался измерить скорость света. Открывая заслонку фонаря, он старался определить, через сколько времени к нему вернется свет, отразившись от зеркала. Покажите расчетами, приняв в чем главная техническая трудность такого эксперимента.

Решение. Свет проходит путь, равный за время сек. Обнаружить столь малый промежуток времени при таком опыте невозможно.

828. Допустим, что в предыдущем опыте используют фотоаппарат с лампой-вспышкой, имеющий выдержку 1/500 сек. На каком минимальном расстоянии должно было бы находиться зеркало, чтобы отраженный им свет не смог попасть на фотопленку? Принять условие: лампа посылает свет в тот же момент, как открывается затвор фотоаппарата.

Решение. Свет не попадет на фотопленку, если он вернется через

Из-за большого расстояния постановка опыта в таком виде невозможна.

829. Какой выдержкой должен был бы обладать фотоаппарат, чтобы описанный в задаче 828 опыт удался на расстоянии

Ответ. сек.

Рис. 252.

830. В 1849 г. французский физик Физо поставил следующий опыт. Свет от источника а (рис. 252) падал на зеркало расположенное на расстоянии отражаясь, попадал в глаз наблюдателя. Быстро вращающийся зубчатый диск, пропуская порцию света, за время в течение которого свет шел до зеркала и обратно, мог повернуться так, что загораживал своим ближайшим зубцом путь отраженному свету, и наблюдатель не видел его. Какое значение скорости света бычо получено в этом опыте, если диск, имеющий зубцов, вращался со скоростью об/сек?

Решение, За время диск поворачивался на один зубец, т. е. на полного оборота (допускается, что ширина зубцов и промежутки между ними одинаковы). Время одного оборота Следовательно,

831. В 1862 г. французский физик Фуко поставил следующий опыт. Свет от источника (рис. 253) отражался вращающимся зеркалом А к неподвижному сферическому зеркалу В, центр которого совпадал с зеркалом А. На пути света ставили трубу с водой. За время в течение которого свет проходил в воде двойное расстояние зеркало поворачивалось на угол а и отраженным свет давал блик в точке Скорость вращения зеркала Рассчитайте по этим данным скорость света с в воде.

Рис. 253.

Решение,

Задачу целесообразно решить при повторении после изучения геометрической оптики.

832. Сколько времени идет свет от Солнца до Земли?

Ответ. 8 мин 16 сек.

833. Так как свет от Солнца до Земли идет 8 мин 16 сек, ученик пришел к выводу, что, когда мы видим Солнце в зените, его уже фактически там нет. Верно ли это заключение?

Ответ. Неверно. В тот момент, когда Солнце находится в зените, мы видим свет, посланный им за 8 мин 16 сек до этого. Солнце находится на небе там, где мы его видим, но оно представляется таким, каким было 8 мин 16 сек тому назад. Если в момент восхода Солнца на нем произошли какие-либо явления, например началось образование нового солнечного пятна, то мы узнаем об этом через 8 мин 16 сек, когда Солнце уже поднимется над горизонтом.

В связи с решением этой задачи можно сообщить учащимся, что большинство звезд мы видим такими, какие они в действительности были сотни и миллионы лет тому назад.