Напречни вълни

Дълго време предците на вълновата оптика Т. Юнг и О. Френел знаеше, че светлинните вълни са надлъжни, т.е. те са като звукови вълни. По това време светлинните вълни се възприемали като еластични вълни в етера, които запълват цялото пространство и проникват във всяко тяло. Изглежда, че такива вълните не могат да се наричат ​​напречно.

Но все повече и повече експериментални доказателства и факти са натрупани, което не може да бъде обяснено, като се приеме, че светлинните вълни са надлъжни вълни. В края на краищата напречни вълни може да съществува само в твърди вещества. Но как може тялото да се движи в твърдо състояние без съпротива? Етерът не трябва да забавя движението на телата. В края на краищата, в противен случай закон на инерцията няма да бъде изпълнено.

Може да се разгледа един прост и полезен експеримент с кристал турмалин. Тя е прозрачна и има зелен цвят.

Има турмалинов кристал ос на симетрия. Този кристал се разглежда като едноаксиални кристали. Вземете правоъгълна плоча турмалин, изрязана така, че едно от лицето му да е успоредно на оста на самия кристал. Ако лъч електрическа или слънчева светлина се насочва нормално към тази плоча, тогава въртенето на плочата около нея няма да предизвика промяна в интензивността на светлината, която преминава през нея. Има усещане, че преминаващата светлина в турмалина е частично погълната и придобива светлозелен цвят. Нищо друго не се случва. Но това е погрешно. Вълната светлина придобива нови свойства.

Те могат да бъдат открити, ако сноп светлина минава през същия втори кристал на турмалина, който е паралелен на първия. Със същата посока на осите на двата кристала не се случва нищо любопитно, само светлинният лъч все повече се отслабва от абсорбцията, преминавайки през втория кристал. Но при въртенето на втория кристал, ако първият е оставен неподвижен, ще бъде намерен интересен феномен, наречен "светлинно амортизиране". В процеса на увеличаване на ъгъла между две оси, насищането на предавания лъч намалява. Когато двете оси са перпендикулярни един на друг, светлината изобщо не може да мине. Тя ще бъде напълно погълната от втория кристал. Как се обяснява това?

Напречни светлинни вълни

От описанието на фактите, посочени по-горе, следва:

1. Първо, светлинната вълна, която идва от светлинен източник, е абсолютно симетрична по отношение на посоката, през която се извършва разпространението. Когато този кристал се завърти около късата светлина, интензивността на първия експеримент не се променя.

2. Второ, вълната, излизаща от първия кристал, няма да има аксиална симетрия. Интензивността на предаваната светлина през друг кристал зависи от нейното въртене.

Надлъжните вълни се различават в пълна симетрия по отношение на посоката на разпространение. Колебанията на надлъжните вълни се случват по тази посока, това трептене и е оста на симетрия на вълната. Ето защо да се обясни опитът с въртенето на втория кристал, като се има предвид вълната от светлина надлъжно, не е възможно: това са напречни вълни.

Можете напълно да обясните опита, като направите две предположения:

Предположението номер едно се отнася пряко до светлината: светлинните вълни са напречни вълни. Но в лъча светлинни вълни, настъпващи от източника на светлина, се наблюдават колебания на различни посоки, които са перпендикулярни на посоката, по която се разпространява тази вълна. В този случай, като се има предвид това предположение, можем да заключим, че има вълна от светлина аксиална симетрия, като в същото време е напречно. Например, вълните на водна повърхност нямат такава симетрия, защото вибрациите на водните частици се срещат изключително във вертикалната равнина.

Вълните на светлината с колебания в различни посоки, които са перпендикулярни на посоките на размножаване, се наричат ​​естествени. Това име е оправдано, защото при стандартни условия различни източници на светлина създават точно такива вълни. Това предположение се обяснява с резултатите от първия експеримент. Ротацията на турмалиновия кристал не променя насищането на предавания лъч светлина, защото тази вълна на инцидента има аксиална симетрия, въпреки че е напречна вълна.

Второто предположение се отнася до самия кристал. Турмалинът има способността да предава вълни от светлина с колебания, които се появяват в определена равнина. Тази светлина се нарича поляризирана (или поляризирана). Тя се различава от естествения, неполяризиран.

Това предположение се дължи на второто преживяване. Поляризираната светлина (вълна) излиза от първия кристал на турмалина. Когато преминават кристали под ъгъл от 90 градуса, вълната не може да премине през втората. Ако ъгълът на пресичане е различен, колебания, амплитуда което ще бъде равно на проекцията на амплитудата на вълната, преминаваща през първата плоча по посоката на оста на втората. Това е доказателство за теорията, че светлинните вълни са напречни вълни.