Волновая природа света. Уравнение электромагнитных волн. Скорость распространения электромагнитных волн. Длина волны, частота

Волновая теория света — одна из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории основывается на том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна (от длины которой зависит цвет видимого нами света). Теория подтверждается многими опытами, и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.

Электромагнитные волны — распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля.

Плоские монохроматические электромагнитные волны (электромагнитные волны одной строго определенной частоты), описываемые уравнениями

где E ₀ и Н ₀ — соответственно амплитуды напряженностей электрического и магнит­ного полей волны, w — круговая частота волны, k=w/v — волновое число, j — на­чальные фазы колебаний в точках с координатой х= 0. В уравнениях (162.7) и (162.8) j одинаково, так как колебания электрического и магнитного векторов в электромаг­нитной волне происходят в одинаковых фазах.

Фазовая скорость электромагнитных воли определяет­ся выражением

(162.3)

где с = , и — соответственно электрическая и магнитная постоянные, e и m — соответственно электрическая и магнитная проницаемости среды.

Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах

2)---Законы геометрической оптики. Луч волны. Принцип Ферма.

Геометри́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Краеугольным приближением геометрической оптики является понятие светового луча. В этом определении подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света.

Луч — линия, нормальная к волновой поверхности. Под направлением распространения волн понимают направление лучей. Если среда распространения волны однородная и изотропная, лучи прямые (причем, если волна плоская — параллельные прямые). Лучом волны называется линия, направление которой совпадает с направлением потока энергии в этой волне в каждой её точке. Например, плоской волне соответствует пучок параллельных прямых лучей; сферической волне — радиально расходящийся пучок лучей.

В основе геометрической оптики лежат несколько простых эмпирических законов:

1) Угол падения равен углу отражения. Плоскость всегда перпендикулярна плоскости падения.

2) Закон Снелиуса.

Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением

Здесь:

· n ₁ — показатель преломления среды, из которой свет падает на границу раздела;

· α₁ — угол падения света — угол между падающим на поверхность лучом и нормалью к поверхности;

· n ₂ — показатель преломления среды, в которую свет попадает, пройдя границу раздела;

· α₂ — угол преломления света — угол между прошедшим через поверхность лучом и нормалью к поверхности.

3) Закон суперпозиции: Два луча света не взаимодействуют между с собой в геометрической оптике

Принцип Ферма (принцип наименьшего времени Ферма) в геометрической оптике — постулат, предписывающий лучу света двигаться из начальной точки в конечную точку по пути, минимизирующему (реже - максимизирующему) время движения (или, что то же самое, минимизирующему оптическую длину пути). В более точной формулировке: свет выбирает один путь из множества близлежащих, требующих почти одинакового времени для прохождения; другими словами, любое малое изменение этого пути не приводит в первом порядке к изменению времени прохождения.