Nacházíte se zde: Galaktis » Články » Fyzika » Optika » Vlnové vlastnosti světla

Vlnové vlastnosti světla

Vlnová délka světla je mnohem menší než vlnová délka např. zvukového vlnění, proto jsou odlišné také projevy vlnových vlastností světla od mechanických vlnění.

Známé je např. duhové zbarvení olejových skvrn, které pozorujeme po dešti na asfaltovém povrchu silnice. Jeho příčinou je sčítání světelných vlnění čili interference světla.

Světelné vlny, které dopadají do určitého místa, mohou být navzájem různě fázově posunuté. Vlnění se setkávají se stejnou fází - v tomto případě se výsledné vlnění zesiluje a vzniká interferenční maximum. Vlnění s opačnou fází - výsledné vlnění se zeslabuje a vzniká interferenční minimum.

K interferenci světla dochází vždy, když do určitého místa dopadají dvě a více světelných vlnění. Výsledek interference však pozorujeme jen za určitých okolností. To je dáno tím, že světlo vzniká zářením energie z mnoha atomů současně a do určitého bodu přichází velký počet svěelných vln s různou vzájemnou fází, která se nahodile mění. Podmínkou pro vznik pozorovatelného interferenčního jevu však je, aby po dostatečně dlouhou dobu byl fázový rozdíl vln konstantní a neměnil se. Světelným vlnám, které tuto podmínku splňují, říkáme koherentní světelné vlnění.

Uvedenou podmínku lze poměrně snadno splnit tak, že světlo z jediného zdroje rozdělíme do dvou svazků paprsků a dosáhneme toho, aby před dopadem do určitého bodu světlo urazilo v každém svazku jinou vzdálenost. Dosáhneme toho např. tak, že světlo ze zdroje Z dopadá do bodu A jednak přímo, jednak po odrazu od zrcadla. Výsledkem je vznik drátového rozdílu obou paprsků. Je-li drátový rozdíl roven celistvému počtu světelných vln, dojde k zesílení světla a při dráhovém rozdílu rovném lichému počtu půlvln se světlo zeslabí.

Podmínka koherence je však splněna jen při velmi malých dráhových rozdílech. Proto např. pozorujeme interferenci jen na velmi tenkých olejových skvrnách. Bílé světlo, které obsahuje světelná vlnění různých vlnových délek a tedy různých barev, se při dopadu na vrstvu oleje odráží od jejího horního rozhraní a po průchodu vrstvou i od dolního rozhraní. Tím se vytváří dráhový rozdíl a podle tloušťky vrstvy se světlo některých vlnových délek zesiluje, kdežto světlo jiných vlnových délek se zeslabuje. To způsobuje, že se nám skvrna jeví zbarvená.

Jiným charakteristickým jevem spojeným s vlnovými vlastnostmi světla je difrakce neboli ohyb světla. Způsobuje, že při dopadu světla na překážku není rozhraní světla a stínu zcela ostré a světlo proniká zčásti i za překážku do míst, kam by na základě přímočarého šíření světla nemělo dospět.

Velmi jednoduše se o ohybu světla přesvědčíme, když budeme pozorovat svítící vlákno žárovky velmi malým otvorem v neprůhledném stínítku. Zjistíme, že vlákno je obklopeno světlými a tmavými proužky stejného tvaru, jaký má vlákno.

Ještě výraznější je tento jev, když otvorem pozorujeme bodový zdroj světla (vytvoříme ho např. tak, že žárovku umístíme v neprůhledné trubici, její přední otvor překryjeme alobalem a v něm propíchneme malý otvor). Pak pozorujem v okolí zářícího otvoru soustředné světlé a tmavé kroužky. Příčinou vzniku kroužků je interference vlnění vycházejících z jednotlivých bodů plochy otvoru, kterým bodový zdroj světla pozorujeme. Při interferenci vznikají v prostoru geometrického stínu interferenční maxima (světlé kroužky) a interferenční minima (tmavé kroužky).

Z podobných důvodů pozorujeme někdy kolem Měsíce světlé kruhy, které vznikají ohybem světla na částicích oblačnosti, popř. když zdroj světla pozorujeme přes jemnou tkaninu.

Difrakce světla je poměrně složitý optický jev, který nejčastěji pozorujeme při dopadu světla na překážky malých rozměrů (otvory, štěrbiny, vlákna apod.). Vlnové vlastnosti světla způsobují, že se světlo nešíří přesně přímočaře. Proniká i do prostoru stínu za překážkou a to tím více, čím je překážka menší.

Poněkud odlišným projevem vlnových vlastností světla je polarizace světla. Světlo jako elektromagnetické vlnění má dvě složky - elektrickou a magnetickou. Elektrickou složku charakterizuje intenzita elektrického pole E a její vektor je kolmý ke směru, kterým se světlo šíří. To znamená, že světlo považujeme za příčné elektromagnetické vlnění. Podobné vlnění vyzařuje anténa vysílače, ale rozdíl je v tom, že v případě rádiových vln leží vektor E stále v jedné rovině určené směrem dipólu a směrem šíření vln. Takové elektromagnetické vlnění, jehož vektor E má stálý směr, označujeme jako lineárně polarizované vlnění.

U světla vycházejícího z nějakého přirozeného zdroje (např. žárovky) tomu tak není. Vektor E je sice stále kolmý na směr šíření světla, ale jeho směr je nahodilý. Světlo z přirozeného zdroje je nepolarizované.

Nepolarizované světlo můžeme různými způsoby přeměnit na polarizované světlo. Nejjednodušší je polarizace světla odrazem. Jestliže nepolarizované světlo dopadá pod určitým úhlem na skleněnou desku, polarizuje se tak, že v odraženém světle vektor E kmitá převážně kolmo k rovině dopadu. O tom se můžeme snadno přesvědčit použitím speciálního filtru, který přes takový filtr díváme např. na lesknoucí se okenní skla nějaké budovy a filtrem otáčíme, pak při určité poloze filtru lesk oken vymizí. To znamená, že polarizované světlo filtrem neprošlo.

K polarizaci dochází také při lomu světla. Existují krystaly, které mají tu vlastnost, že při lomu se paprsek světla rozdělí na dva paprsky. Tento jev, který pozorujeme např. u islandského vápence, nazýváme dvojlom a světlo obou paprsků je polarizováno ve směrech navzájem kolmých.

Polarizace světla se využívá v řadě přístrojů. Jako příklad uvedeme polarimetr, kterým se měří koncentrace cukru v roztoku. Cukr patří mezi tzv. opticky aktivní látky, což se projevuje tím, že stáčí rovinu polarizovaného světla. Jestliže tedy polarizované světlo prochází nádobkou s cukerným roztokem, je na konci nádobky rovina polarizovaného světla poněkud pootočena. Toto pootočení lze změřit pomocí polarizačního filtru (analyzátoru) a z úhlu pootočení polarizační roviny se výpočtem zjistí cukernatost roztoku.

Informace o článku

Tagy: (Přidat tag)
Autor: Jana Hlaváčová | Napsáno: 20. 8. 2009, 14:33
Zavřít