Распространение волн. Наложение волн. Когерентность

Распространение волн. Когерентность и интерференция r 0.45 Электромагнитные волны - колебания напряженностей электрических и индукции магнитных полей. По классическим представлениям, источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды. По частоте подразделяются на: радиоволны (примерно до $10^{10}$ Гц), тепловые (инфракрасные) лучи ($10^{11}-10^{14}$ Гц), видимый свет (от $4 \cdot 10^{14}$ Гц до $8 \cdot 10^{14}$ Гц), ультрафиолетовое $10^{15}$ Гц), рентгеновское ($10^{16}-10^{19}$ Гц) и гамма ($10^{20}$ Гц и выше) излучения. Внутри этих диапазонов также выделяют различные поддиапазоны значений частоты. Наиболее знакомое нам разделение связано с цветоощущением . Действительно, различные видимые цвета отвечают определенным значениям длин волн электромагнитного излучения в оптическом диапазоне: При изучении световых волн важно отметить, что частоты колебаний электромагнитных полей в них огромны, так что и наши глаза, и наши приборы при взаимодействии с волной «усредняют» результат взаимодействия по большому числу периодов. Интенсивность света (средняя энергия, проходящая через единицу площади волнового фронта за единицу времени) пропорциональна среднему значению от квадрата напряженности электрического поля в волне. Для монохроматической (гармонической) волны в вакууме с амплитудой колебания напряженности $E_{m}$ интенсивность находится как произведение удвоенной плотности энергии электрического поля (удвоенной - потому что в волне есть еще и магнитное поле с такой же плотностью энергии), умноженное на скорость распространения волны и усредненное по времени (усреднение квадрата гармонической функции дает 1/2): $$ I=2 \frac{\varepsilon_{0} E_{m}^{2}}{2} \cdot c \cdot \frac{1}{2}=\frac{1}{2} \varepsilon_{0} c E_{m}^{2} . $$ Обсудим наблюдаемые явления, связанные с волновой природой света. Очень важное свойство электромагнитных волн в вакууме - то, что скорость их распространения не зависит от выбора инерциальной системы отсчета. Этот факт экспериментально установлен с очень хорошей точностью, так что в современной метрологии скорость света в вакууме считается «метрологической константой», то ее значение считается точным, и используется для связи единиц измерения длины и времени в системе СИ (то есть единица измерения времени определена с помощью «атомного эталона», а единица измерения длины - через нее и скорость света). Исторически принцип постоянства скорости света был использован в качестве одной из исходных идей при построении СТО ( специальной теории относительности ) Альберта Эйнштейна. На самом деле мы понимаем, что принятие СТО потребовало от нас полного пересмотра принципов описания не только физики, но и геометрии, и представлений о природе времени. Идеи СТО и ее структура описаны в отдельном курсе. При изучении распространения света мы будем учитывать только факт одинаковости величины скорости света в вакууме во всех ИСО. При этом мы будем использовать формулы «обычной» физики (теоретики называют ee « нерелятивистской »), а не формулы СТО. Из-за этого в наших результатах будут ошибки порядка квадрата отношения скорости изучаемых тел к скорости света в вакууме. Понимая это, мы будем учитывать в результатах только поправки порядка первой степени этого отношения - в этом случае наше ответы будут правильны (с этой точностью). Посмотрим на первое следствие.