Дисперсия света. Фазовая и групповая скорости. Эффект Вавилова-Черенкова

Диспе́рсия све́та — это явление зависимости показателя преломления вещества от длины волны. Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.Разложение света в спектр вследствие дисперсии при прохождении через призму (опыт Ньютона).

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде. Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней: - у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления; - у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Дисперсия в-ва – величина На практике обычно пользуются: .

Групповая скорость — это величина, характеризующая скорость распространения «группы волн» - то есть более или менее хорошо локализованной квазимонохроматической волны (волны с достаточно узким спектром).

Групповая скорость определяется динамикой физической системы, в которой распространяется волна (конкретной среды, конкретного поля итп). В большинстве случаев подразумевается линейность этой системы (точно или приближенно). Для одномерных волн групповая скорость вычисляется из закона дисперсии: , где — угловая частота, — волновое число.

Фа́зовая ско́рость — скорость перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения, в пр-ве вдоль заданного направления. В среде с показателем преломления n фазовая скорость υ равна . Здесь ω– круговая частота, k – волновое число, c – скорость света в вакууме. Между фазовой и групповой скоростями может быть установлена связь

Эффект Вавилова — Черенко́ва — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей. Они проводили исследования люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения и обнаружили слабое голубое свечение, вызванное быстрыми электронами, выбитыми из атомов среды гамма-излучением. Позже выяснилось, что эти электроны двигались со скоростью выше скорости света в среде.