împrăştierea luminii La interacţiunea undelor de lumină cu substanţa, sarcinile electrice din atomii și moleculele acesteia vor efectua sub acţiunea câmpului electric variabil al undei electromagnetice oscilaţii forţate cu aceeași frecvenţă ca și vectorul . De aceea parti culele încărcate ale substanţei devin centre de unde sferice secundare care se propagă în direcţii arbitrare. Astfel, o parte din energia undei de lumină este absorbită de către substanţă, iar mai apoi emisă de către particulele ei, fiind împrăștiată în toate direc ţiile posibile. Împrăștierea luminii se mai produce și în cazul reflexiei și refracţiei luminii pe marginile particulelor de dimensiuni foarte mici (comparabile cu lungimea de undă) din mediul prin care ea se propagă. Dacă însă mediul transparent este omogen, fenomenul de împrăștiere a luminii practic nu se observă. Aceasta se explică prin faptul că undele secundare coerente emise de particulele încărcate ale mediului interferă, iar ca rezultat se neutralizează reciproc în toate direc ţiile, în afară de direcţia de propagare a luminii transmise. Efectele împrăștierii luminii pot fi observate cu ajutorul unei experienţe simple. Într-o cuvă de sticlă de formă alungită plină cu apă introducem câteva picături de lapte și direcţionăm prin acest mediu un flux îngust de lumină. Privind lateral, vom observa lumina împrăștiată de o culoare cu nuanţă mai albăstrie decât a sursei de lumină, iar lumina care traversează cuva de-a lungul ei va avea o culoare de nuanţă roșiatică.
Aceasta se explică prin faptul că undele de lumină cu diferite lungimi de undă sunt împrăștiate în mod diferit. După cum a demonstrat fizicianul și matematicianul englez John William Strutt (lordul Rayleigh) (1842–1919), intensitatea luminii împrăștiate este invers proporţională cu lungimea de undă la puterea a patra . (3.32) Din (3.32) rezultă că undele de lumină din spectrul vizibil cu lungimi de undă mai mici sunt împrăștiate mai puternic decât cele cu lungimi de undă mai mari. Împrăştierea Rayleigh are loc atunci când lumina trece prin medii solide sau lichide transparente, însă cel mai bine se observă în gaze. Datorită împrăștierii Rayleigh a luminii solare pe moleculele atmosferei terestre, cerul este văzut albastru. Într-adevăr, razele din partea roșie a spectrului luminii solare, fiind împrăștiate mai puţin, ajung la Pământ și sunt absor bite, iar cele din partea albastră se acumulează în atmosferă datorită împrăștierii puternice, dând ceru lui culoarea albastră. Împrăștierea Rayleigh explică și culoarea discului solar. La amiază, lumina albă care vine de la Soare, datorită împrăștierii, pierde în atmosfera terestră o parte din razele ei violete și albastre, iar discul solar se vede de culoare galbenă-aurie. La răsăritul și apusul Soarelui, când drumul parcurs de razele solare prin atmosferă este mai mare, împrăș tierea razelor albastre devine și mai puternică, astfel încât discul solar pare de culoare roșie-portocalie.
Verificaţi-vă cunoştinţele 1. Care unde se numesc polarizate? 2. Ce reprezintă planul de polarizare? 3. Explicaţi modelul mecanic al stării de polarizare a undelor. De ce starea de polarizare este proprie doar undelor transversale? 4. Definiţi noţiunea de grad de polarizare. Ce valori poate lua această mărime? 5. Cum se explică trans ver salitatea undelor de lumină cu ajutorul fenomenului de polarizare?
6. Ce reprezintă polarizatorul şi analizorul? Este vreo deo se bire constructivă între acestea? 7. Formulaţi legea lui Brewster. Ce condiţie satisfac unghiul Brewster şi cel de refracţie? 8. Determinaţi unghiul de polarizare totală la reflexia luminii pe o placă de sticlă cu indicele de refracţie n2 = 1,515, dacă raza incidentă se propagă prin apă. Indicele de refracţie al apei este n1 =1,333.
Verificaţi-vă cunoştinţele 1. Care este esenţa fenomenului de împrăştiere a luminii? 2. De ce în mediile transparente omogene nu se observă împrăştierea luminii?
3. Cum depinde intensitatea luminii împrăştiate de lungimea ei de undă? 4. Cum se explică culoarea albastră
Aceasta se explică prin faptul că undele de lumină cu diferite lungimi de undă sunt împrăștiate în mod diferit. După cum a demonstrat fizicianul și matematicianul englez John William Strutt (lordul Rayleigh) (1842–1919), intensitatea luminii împrăștiate este invers proporţională cu lungimea de undă la puterea a patra . (3.32) Din (3.32) rezultă că undele de lumină din spectrul vizibil cu lungimi de undă mai mici sunt împrăștiate mai puternic decât cele cu lungimi de undă mai mari. Împrăştierea Rayleigh are loc atunci când lumina trece prin medii solide sau lichide transparente, însă cel mai bine se observă în gaze. Datorită împrăștierii Rayleigh a luminii solare pe moleculele atmosferei terestre, cerul este văzut albastru. Într-adevăr, razele din partea roșie a spectrului luminii solare, fiind împrăștiate mai puţin, ajung la Pământ și sunt absor bite, iar cele din partea albastră se acumulează în atmosferă datorită împrăștierii puternice, dând ceru lui culoarea albastră. Împrăștierea Rayleigh explică și culoarea discului solar. La amiază, lumina albă care vine de la Soare, datorită împrăștierii, pierde în atmosfera terestră o parte din razele ei violete și albastre, iar discul solar se vede de culoare galbenă-aurie. La răsăritul și apusul Soarelui, când drumul parcurs de razele solare prin atmosferă este mai mare, împrăș tierea razelor albastre devine și mai puternică, astfel încât discul solar pare de culoare roșie-portocalie.
Verificaţi-vă cunoştinţele 1. Care unde se numesc polarizate? 2. Ce reprezintă planul de polarizare? 3. Explicaţi modelul mecanic al stării de polarizare a undelor. De ce starea de polarizare este proprie doar undelor transversale? 4. Definiţi noţiunea de grad de polarizare. Ce valori poate lua această mărime? 5. Cum se explică trans ver salitatea undelor de lumină cu ajutorul fenomenului de polarizare?
6. Ce reprezintă polarizatorul şi analizorul? Este vreo deo se bire constructivă între acestea? 7. Formulaţi legea lui Brewster. Ce condiţie satisfac unghiul Brewster şi cel de refracţie? 8. Determinaţi unghiul de polarizare totală la reflexia luminii pe o placă de sticlă cu indicele de refracţie n2 = 1,515, dacă raza incidentă se propagă prin apă. Indicele de refracţie al apei este n1 =1,333.
Verificaţi-vă cunoştinţele 1. Care este esenţa fenomenului de împrăştiere a luminii? 2. De ce în mediile transparente omogene nu se observă împrăştierea luminii?
3. Cum depinde intensitatea luminii împrăştiate de lungimea ei de undă? 4. Cum se explică culoarea albastră
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu