Fizika költők számára
Fizika a költőknek: 1. rész Mechanika - Tanulmányi útmutató (március R.)
Hogy Thomas Jung bebizonyította, hogy a fény egy hullám
Thomas Jung, akinek a munkája a végső "kegyetlenség [55]" lett Newton álláspontja szerint, sokoldalú tehetségű ember volt. Tudományos pályafutásának zenithében lemondott a londoni Royal Institute természettudományi professzorairól az orvosi gyakorlat folytatásáról [56]. Életének késői időszakában Jung lelkesen részt vett abban, hogy megmagyarázza az ősi egyiptomi hieroglifákat a Rosetta-kő szövegében [57].
A kísérlet, amelyet Jung választott, két fénysugárral kapcsolatos fény interferenciájához kapcsolódott. A legegyszerűbb módja annak, hogy megmagyarázzuk Jung kísérletének lényegét az ábrán, amely a fenti példára emlékeztet, a "lyuk a nyílvízben" (lásd a 7-8. Ábrát). Csak ezúttal képzelj el egy apró árvízkészletet két apró résszel, amelyek nem messze egymástól. A hullámtörés ellen hatalmas sík hullámok ebben az esetben két szinkronizált (koherens) forrást generálnak. Az ezekből a forrásokból származó hullámok egymásra helyezkednek [58], amint azt az 1. ábra mutatja. 7-10.
A parton, amely szigorúan a híd központjával szemben helyezkedik el, a hézagokat elválasztva, az egyik hullám csúcsán mindig találkozik a másik csúcsa, mert ez a pont egyenlő távolságra van a hullámtörő mindkét résétől. Ettől a ponttól érkező hullámok egyidejűleg érkeznek, és az interferencia itt konstruktív jellegű - kétszeres amplitúdójú (magasság) hullám keletkezik, vagyis interferencia maximálissá válik. Ha a part mentén haladunk ebből a pontból, a hullámok szinkronizálása zavart lesz, mivel közelebb leszünk egy réshez, mint a másikhoz. Mozgás a part mentén elkerülhetetlenül eljutunk ahhoz a pontig, ahol a hullámok gerincei egy résből találkoznak a hullámok völgyeiben a másik oldalról. Itt az interferencia dekonstruktív (destruktív) - a keletkező hullámok kicsiek vagy hiányoznak egyáltalán, vagyis interferencia-minimumot figyeltek meg. Ugyanabba az irányba mozogva eljutunk arra a pontra, ahol a közelebbi résből származó hullám eléri a korábbi hullámot a távolabbi közül. Itt is az interferencia konstruktív, és a hullámok ismét magasak. Ha továbbra is a part mentén haladunk, újra eljutunk a dekonstruktív beavatkozás pontjára, és így tovább. A szabály nagyon egyszerű: ha a hullámforrásoktól a megfigyelési pontig tartó távolság különbség a hullámhosszak egész számával, akkor az interferencia konstruktív. Ha ez a különbség fél-egész (azaz 1/2, 3/2, 5/2, 7/2 stb.), A hullámhosszak száma, akkor az interferencia dekonstruktív.
Most térjünk vissza Jung kísérletéhez: a hullámtörõt átlátszatlan képernyõvel helyezzük el, és a rések apró résekbe kerülnek. A réseken kívül elhelyezkedő [59] papírlapon váltakozó fényes és sötét sávok láthatók a résekkel párhuzamosan [60] (lásd a 7-11. Ábrát). A legfényesebb csík a kép közepén helyezkedik el, és mindkét oldalon sötét sávok határolják. Ha mérjük a sávok közötti távolságot, akkor az egyszerű geometriai számítások lehetővé teszik számunkra a hullámhossz hosszának kiszámítását. A nagyság kiderül, hogy fantasztikusan kicsi. a fényhullámok hossza 0,00007 cm (vörös fény) és 0,00004 cm (kék fény) tartományban van [61]. Az interferencia mintázatának megfigyelése érdekében az átlátszatlan képernyő réseknek nagyon keskenyeknek és nagyon közel állnak egymáshoz, és a megfigyelő képernyőnek távol kell lennie a vágásoktól [62].
Milyen hullám a fény
Young kísérlete meggyőzően megmutatta minden kétesnek, hogy a fény valóban hullám jellegű. De maradt: a kérdés: mi ez a hullám? Milyen természetű ez a hullám? Maxwell [63], aki először felismerte az elektromágnesesség és a fény közötti kapcsolatot, válaszolt erre a kérdésre.
Az elektromágneses hullám Maxwell által javasolt képét a 7-12. Ábra mutatja be. Faraday által feltárt két tényre támaszkodik [64]: 1) - amikor egy elektromos mező megváltozik, megjelenik egy mágneses mező, és 2) egy feltörekvő mágneses mező, amely merőleges az elektromos mezőre. Az elektromos és a mágneses mezők közötti kapcsolat kölcsönös: a változó mágneses mező önmagára merőleges elektromos mezőt is létrehoz.
Anélkül, hogy megkérdeznénk, hogyan alakulhat ki ilyen mezők kombinációja, világos, hogy a 3. ábrán bemutatott kép. 7-12, végtelen. Valójában egy változó elektromos mező létrehoz egy mágneses mezőt, amely, ahogy változik is, elektromos mezőt hoz létre. A folyamat önkényesen hosszú ideig folytatódik, és ennek következtében az elektromágneses hullám merőleges a két mező irányára.
Most térjünk vissza arra a kérdésre, hogy hogyan alakul ki a mezők ezen kombinációja, amelyet a 2. ábrán mutatunk be. 7-11. Ez nyilvánvaló a villamosenergia és a mágnesesség törvényeiből. Tegyük fel, hogy az elektromos töltés rendszeres, ismétlődő mozgást eredményez. Ez lehet egy mozgás egy körben, és egyszerű, "vissza-előre", töltés oszcillációkat az egyensúlyi pozíció közelében. Mindkét esetben elektromos és mágneses terek keletkeznek a töltés körül, mivel a töltés mozgásban van. Mindkét mező folyamatosan változik, mert a töltés helyzete folyamatosan változik, és a térerősség ("térerő") függ a távolságtól. Így minden olyan tárgynak, amely fényt bocsát ki, nagyon gyorsan oszcilláló elektromos töltéseket kell tartalmaznia, mivel a fényhullámok frekvenciája 1014 Hz, vagyis másodpercenként 100 billió vibráció.
A Hertz elektromos áramkörökből (áramkör) hatalmas elektromos oszcillációt hozott létre. Egy másik körben, amely ugyanabban a laboratóriumban helyezkedik el több méteres távolságban, és áramforrások nélkül, ugyanazon frekvenciájú elektromos oszcillációk jelennek meg. Az oszcillációs frekvenciák könnyen mérhetők; és az egyszerű interferencia-kísérletek lehetővé tették a hullámhossz meghatározását. Az elektromágneses hullámok terjedésének sebessége a (7.1) képlet szerint számítva egybeesett a fénysebességgel! Hertz kísérletei után kevesen voltak kétségeik abban, hogy Maxwellnek igaza volt. "Hertz hullámai" [65] a XX. Században a modern rádió és telekommunikáció alapja lett.
Nem sokkal a Hertz munkája után röntgensugarakat észleltek [66]. Bebizonyosodott, hogy ezek szintén elektromágneses hullámok, de a frekvenciák mintegy ezerszer nagyobbakólishih, mint a látható fényé. Később felfedezték és # 947; - radioaktív anyagok által kibocsátott sugárzás. Ismét kiderült, hogy ezek is elektromágneses hullámok, de még egy másikólshimi (még ezerszer is!) frekvenciák.
A modern technológia és a technológia szinte minden frekvenciájú elektromágneses hullámokat használnak. Az elektromágnesesség Maxwell-elmélete. talán a legszembetűnőbb példa arra, hogy a "tiszta" tudományos elmélet hogyan vezet gyakorlati eredményekhez, amelyekhez talán a kutatók soha nem bukkannak. a véletlenszerű keresést.
| | Tartalomjegyzék |