Свет 

Мыльные пузыри или Что такое интерференция?

«Ведь все взрослые были когда-то детьми»

Как же из «запутанной смеси» отобрать лучи одного сорта? (Об исследованиях интерференции света читайте здесь)

Самый простой способ выполнить эту точнейшую оптическую процедуру — выделить один луч, который, отразившись от какого-либо препятствия, будет взаимодействовать фактически сам с собой.

Существует рассказ, что Юнг разгадал причину интерференции, вспомнив радужные переливчатые мыльные пузыри, которые все так любят в детстве. Это вполне естественно, потому что детские впечатления — самые сильные. Недаром прекрасный французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери говорил, что мы родом из детства… «Ведь все взрослые были когда-то детьми, только мало кто из них об этом помнит»,— писал он в предисловии к одной из своих книг.

Тонкая мыльная пленка «отбирает» из множества лучей только те, которые имеют длину волны, в небольшое число раз превышающую ее толщину. Эти лучи как бы попадают в ловушку и, многократно отражаясь от «стенок» пленки, от ее границ с воздухом, бегут вдоль пленки, постепенно затухая. При этом отраженные от стенок лучи взаимодействуют между собой и с новыми лучами, падающими на красочный мыльный шар.

Два крохотных отверстия в шторке, поставленной на пути лучей, позволяют заменить стекла в опытах по интерференции света.

Все эти лучи, как скажут физики второй половины XX века, «когерентны», очень похожи, что позволяет им легко отличать друг друга от остальных лучей, «замечать» друг друга.

Там, где всплеск волны одного луча придется на впадину другого, лучи гасят друг друга, образуя черные полосы.

Когда впадины или всплески двух лучей совпадают, интенсивность света увеличивается, возникают яркие белые или цветные полосы, как это и происходило в тонком воздушном клиновидном зазоре в опыте Ньютона. Переливы цветов в мыльной пленке теперь становились совершенно понятными. Там, где пленка была тонкой, усиливались видимые лучи с малой длиной волны — фиолетовые, синие; где толщина ее становилась больше — появлялась желтая, оранжевая, красная окраска.

Опыт Юнга над интерференцией

Томас Юнг придумал свой, еще более простой, чем у Ньютона, способ наблюдать интерференцию: солнечный свет падал на штору, в которой делались два булавочных прокола рядом друг с другом; на белом экране, расположенном в нескольких метрах от шторы, появлялась яркая интерференционная картина из чередующихся темных, белых и цветных полос.

Тонкие отверстия отбирали из света лучи с близкими длинами волн, которые распространялись слегка расходящимися конусами из обоих булавочных проколов и в нескольких метрах от шторы начинали пересекаться и взаимодействовать.

В современной лаборатории цветные кольца Ньютона можно получить на большом белом экране.

Опыт Юнга легко повторить самим, причем его можно немного видоизменить: взять яркую настольную лампу — источник света, за ней поставить составную линзу, после которой лучи в потоке света станут параллельными друг другу, а вместо шторы использовать закопченное стекло. С помощью двух острых бритв, сложенных вместе, в слое сажи надо сделать два тонких просвета, расположенных рядом,— и оборудование для оптических экспериментов готово.

Огюстен Френель предложил для создания интерференционной картины направлять солнечный свет на экран с помощью двух зеркал, установленных под небольшим углом друг к другу.

Известный ученый и педагог нашего времени, автор очень живо написанных университетских учебников по физике, Роберт Поль считает, что в большой аудитории интерференцию легче демонстрировать, направив свет на тонкую слюдяную пластинку, в которой лучи взаимодействуют так же, как в мыльной или нефтяной пленке на поверхности воды; отраженный пластинкой свет попадает на большой экран (стоящий на расстоянии 10—15 метров сзади лампы), где хорошо видны интерференционные полосы.

Значения длин волн, найденные Томасом Юнгом, совпали с результатами Ньютона и полностью подтвердились современными измерениями.

Радуга цветных полос видимых лучей солнечного спектра занимает интервал длин волн от 0,4 до 0,75 микрон (напомним, что микрон — одна тысячная доля миллиметра). Фиолетовому, наиболее сильно преломляемому цвету, соответствует длина волны 0,4 микрона; красному, слабо преломляемому,—0,75 микрона.

Для запоминания основных цветов, на которые распадается белый солнечный свет, пройдя призму, существует известная поговорка, знакомая с детства: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Первые буквы этих слов обозначают цвета спектра в направлении от длинных волн к коротким: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Источник: Марк Колтун “Мир физики“.

Читать далее