Ответьте на вопросы, страница 111 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему при делении фронта волны Т. Юнг получил когерентные лучи?

Томас Юнг в своем знаменитом опыте по интерференции света использовал метод, известный как деление фронта волны, чтобы получить два когерентных источника света из одного.

Суть метода заключается в следующем: свет от одного источника (например, узкой щели, освещенной солнечным светом) падает на экран с двумя близко расположенными щелями. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждая точка волнового фронта, достигшего этих щелей, сама становится источником вторичных сферических волн. Таким образом, две щели начинают работать как два новых источника света.

Ключевым моментом является то, что эти два новых источника являются когерентными. Когерентными называются волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Это условие выполняется в опыте Юнга по следующим причинам:

1. Одинаковая частота: Поскольку обе вторичные волны порождены одной и той же первичной волной от одного источника, они наследуют ее частоту. Частота света не изменяется при прохождении через щели.

2. Постоянная разность фаз: Обе щели находятся на одном и том же волновом фронте, пришедшем от первоначального источника. Это означает, что колебания в точках щелей возбуждаются синхронно. Даже если исходный источник света не является идеальным и его фаза со временем хаотически меняется, эти изменения происходят одновременно для обеих щелей. Пусть фаза волны, приходящей на первую щель, в момент времени $\text{t}$ равна $\phi_1(t)$, а на вторую — $\phi_2(t)$. Если в какой-то момент фаза исходной волны скачкообразно меняется на величину $\Delta\phi$, то фазы в обеих щелях изменятся на ту же самую величину: $\phi_1(t) \rightarrow \phi_1(t) + \Delta\phi$ и $\phi_2(t) \rightarrow \phi_2(t) + \Delta\phi$. При этом разность фаз между двумя новыми источниками останется неизменной: $(\phi_2(t) + \Delta\phi) - (\phi_1(t) + \Delta\phi) = \phi_2(t) - \phi_1(t) = \text{const}$. Именно эта постоянная разность фаз и является условием когерентности.

Если бы использовались два независимых источника света (например, две разные лампочки), атомы в них излучали бы свет независимо друг от друга. Разность фаз между такими источниками менялась бы хаотически, и они были бы некогерентными. Устойчивой интерференционной картины в этом случае наблюдать невозможно.

Таким образом, деление волнового фронта — это способ создать из одного, в общем случае, некогерентного источника два взаимно когерентных источника, которые необходимы для наблюдения устойчивого явления интерференции.

Ответ: Томас Юнг получил когерентные лучи, потому что он использовал метод деления волнового фронта. В этом методе две вторичные волны создаются из одной первичной волны, проходящей через две близко расположенные щели. Поскольку обе вторичные волны происходят от одного и того же исходного фронта, они имеют одинаковую частоту, и любые случайные изменения фазы в исходной волне происходят синхронно для обеих вторичных волн. Это обеспечивает постоянную во времени разность фаз между ними, что и является определением когерентности.