Курс физики для вузов - часть 89

Формула (188.4)

 так назы-

ваемый поперечный эффект Доплера,
наблюдаемый

 движении приемни-

ка перпендикулярно линии, соединяю-
щей его с источником.

Из выражения (188.4) следует, что

поперечный эффект Доплера зависит от
(З

2

, т. е. при малых  является эффектом

второго порядка малости по сравнению
с продольным эффектом (зависит от (3

[см.

 поэтому обнаружение по-

перечного эффекта Доплера связано с
большими трудностями. Поперечный
эффект, хотя и много меньше продоль-
ного, имеет принципиальное значение,
так как не наблюдается в акустике (при

v

 с из (188.4) следует, что v =

 и

является, следовательно, релятивист-
ским эффектом. Он связан с замедле-
нием течения времени движущегося
наблюдателя.

Экспериментальное обнаружение

поперечного эффекта Доплера явилось
еще одним подтверждением справедли-
вости теории относительности; он был
обнаружен в 1938 г. в опытах американ-
ского физика Г. Айвса.

Продольный эффект Доплера был

впервые обнаружен в 1900 г. в лабора-
торных условиях русским астрофизи-
ком А. А.

 (1854 — 1934) и

повторен в 1907 г. русским физиком

 (1862-1919). Про-

дольный эффект Доплера использует-
ся при исследовании атомов, молекул,

а также космических тел, так как по
смещению частоты световых колеба-
ний, которое проявляется в виде сме-

щения или уширения спектральных
линий, определяется характер движе-

ния излучающих частиц или тел. Эф-
фект Доплера получил широкое рас-
пространение в радиотехнике и радио-

локации, например в радиолокацион-

ных измерениях расстояний до движу-
щихся объектов.

§ 189. Излучение

Российский физик

 А.

(1904—1990), работавший под руко-
водством С.И.Вавилова, показал, что
при движении релятивистских заря-

женных частиц в среде с постоянной
скоростью v, превышающей фазовую
скорость света в этой среде, т. е. при ус-
ловии v > —

 — показатель прелом-

 среды), возникает электромаг-

нитное излучение, названное впослед-

ствии излучением {эффектом) Че-

 Природа данного

излучения, обнаруженного для разно-

 х веществ, в том числе и для чи-

стых жидкостей, подробно изучалась

С. И. Вавиловым. Он показал, что дан-

ное свечение не является люминесцен-
цией (см. § 245), как считалось ранее, и
высказал предположение, что оно свя-
зано с движением свободных электро-
нов сквозь вещество.

Излучение Черепкова

 в

1937 г. было теоретически объяснено

российскими учеными И.Е.Таммом

 и И.М.Франком (1908-

1990)

 А. Черенков, И.Е.Тамм и

И. М. Франк в 1958 г. удостоены Нобе-

левской премии).

Согласно электромагнитной теории,

заряженная частица (например, элект-
рон) излучает электромагнитные вол-

ны лишь при движении с ускорением.
И. Е. Тамм и И. М. Франк показали, что
это утверждение справедливо только до

тех пор, пока скорость заряженной час-
тицы не превышает фазовой скорости
— электромагнитных волн в среде, в ко-
торой частица движется. Если частица
имеет скорость v > —, то, даже двигаясь

п

равномерно, она будет излучать элект-
ромагнитные волны. Таким образом,

355

согласно теории Тамма и Франка, элек-
трон, движущийся в прозрачной среде
со скоростью, превышающей фазовую
скорость света в данной среде, должен
сам излучать свет.

Отличительной особенностью излу-

чения Черепкова

 является

распространение излучения не по всем

направлениям, а лишь по направлени-

ям, составляющим острый угол В с тра-

екторией частицы, т.е. вдоль образую-
щих конуса, ось которого совпадает с
направлением скорости

 Угол

определяется из условия:

(189.1)

Возникновение излучения Черепко-

ва—Вавилова и его направленность
объяснены Франком и

 на ос-

нове

 об интерференции

света с использованием принципа Гюй-
генса.

На основе излучения Черепкова —

Вавилова разработаны широко исполь-

зуемые экспериментальные методы для
регистрации частиц высоких энергий и
определения их свойств (направление
движения, величина и знак заряда, энер-
гия).

 для регистрации заря-

женных частиц, в которых использует-
ся излучение Черепкова
получили название черепковских счет-
чиков (см. § 261). В этих счетчиках час-
тица регистрируется практически мгно-

венно (при движении заряженной час-
тицы в среде со скоростью, превышаю-
щей фазовую скорость света в данной
среде, возникает световая вспышка,
преобразуемая с помощью фотоэлект-
ронного умножителя (см. § 105) в им-
пульс тока). Это позволило в 1955 г.
итальянскому физику Э. Сегре (р. 1905)
открыть в черепковском счетчике ко-

 античастицу — анти-

протон.

Контрольные вопросы

Что такое дисперсия

Как связаны между

 угол призмы и угол отклонения

 ею?

Что показывает дисперсия вещества?

Чем отличается нормальная дисперсия от

По каким признакам можно

 спектры, полученные с помощью призмы и диф-

ракционной решетки?

Объясните дисперсионную кривую на рис. 273.

В чем заключаются основные положения и выводы электронной теории дисперсии света?

Почему металлы сильно поглощают свет?

В чем основное

 не эффекта Доплера для световых

 от эффекта Доплера в аку-

Почему поперечный эффект Доплера является релятивистским эффектом? Чем он обус-

ловлен?

Когда возникает излучение Черепкова — Вавилова?

ЗАДАЧИ

24.1. На грань стеклянной призмы (п =

 нормально падает луч света. Определите

угол отклонения луча призмой,

 се преломляющий угол равен 25°. |14°21']

24.2. При прохождении света в некотором веществе пути х его интенсивность уменьши-

лась в два раза.

 во сколько раз уменьшится интенсивность света при прохож-

дении им пути 4.x. [В 10 раз]

356

24.3. Источник монохроматического света с длиной волны

 0,6 мкм

 по

 к наблюдателю со скоростью v =

 — скорость света в вакууме). Опре-

делите длину волны  которую зарегистрирует приемник. [51G им]

24.4. Определите минимальную кинетическую энергию (в

 ко-

торой должен обладать электрон, чтобы в среде с показателем преломления п =

 возник-

ло излучение Черепкова— Вавилова. [0,17

 25

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

§ 190. Естественный

и поляризованный свет

Следствием теории Максвелла (см.

§ 162) является

 световых

воли: векторы

 электри-

ческого

 магнитного //полей волны

взаимно перпендикулярны и колеблют-
ся перпендикулярно вектору скорос-
ти v распространения волны (перпен-
дикулярно лучу). Поэтому для описа-
ния закономерностей поляризации све-
та достаточно знать поведение лишь
одного из этих векторов. Обычно все
рассуждения ведутся относительно
светового вектора — вектора напря-
женности Е электрического ноля (это
название обусловлено тем, что при дей-
ствии света на вещество основное зна-

чение имеет электрическая составляю-
щая поля волны, действующая на элек-
троны в атомах вещества).

Свет представляет собой суммарное

электромагнитное излучение множе-
ства атомов. Атомы же

 свето-

вые волны независимо друг от друга,
поэтому световая волна, излучаемая
телом в целом, характеризуется всевоз-
можными равновероятным

ями светового вектора (рис. 275,

 луч

перпендикулярен плоскости рисунка).
В данном случае равномерное распре-

деление векторов Е объясняется боль-

шим числом атомарных

 а

равенство амплитудных значений век-
торов Е — одинаковой (в среднем) ин-
тенсивностью излучения каждого из
атомов. Свет со всевозможными рав-
новероятными

 вектора Е

 следовательно, II) называется есте-

ственным.

Свет, в котором направления коле-

баний светового вектора каким-то об-
разом упорядочены, называется поля-

ризованным. Так, если в результате ка-

ких-либо внешних воздействий появ-

ляется преимущественное (но не ис-

ключительное!) направление колеба-
ний вектора Е (рис. 275, б), то имеем

дело с частично поляризованным све-
том.

Свет, в котором вектор Е

 следо-

вательно, Я) колеблется только в одном

 перпендикулярном лучу

(рис. 275,

 называется плоскополя-

 {линейно поляризован-

ным).

Рис. 275

357

Плоскость, проходящая через на-

правление колебаний с [зетового векто-
ра

 волны и на-

правление распространения этой вол-
ны, называется плоскостью поляриза-
ции. Плоскополяризованный свет яв-
ляется предельным случаем эллипти-
чески поляризованного света — све-
та, для которого вектор Ё (вектор Н) из-
меняется со временем так, что его ко-
нец описывает эллипс, лежащий в плос-
кости, перпендикулярной лучу. Если

эллипс

 вырождается (см.

§ 145) в прямую (при разности фаз

равной нулю или

 то имеем дело с

рассмотренным выше
ванным светом, если в окружность (при

 равенстве амплитуд склады-

ваемых волн), то имеем дело с цирку-

лярно поляризованным {поляризо-

ванным по кругу) светом.

Степенью поляризации называет-

ся величина

J — J

Г)

 шах

где

 и

 — соответственно макси-

мальная и минимальная интенсивнос-
ти частично поляризованного света,
пропускаемого анализатором. Для есте-
ственного света

 и Р = 0, для

 — 0 и Р — 1.

Естественный свет можно преобра-

зовать в

 ис-

пользуя так называемые поляризато-

ры, пропускающие колебания только

определенного направления (напри-
мер, пропускающие колебания, парал-
лельные главной плоскости поляриза-
тора, и полностью задерживающие ко-
лебания, перпендикулярные этой плос-
кости). В качестве поляризаторов
гут быть использованы среды, анизот-
ропные в отношении колебаний векто-
ра Ё, например кристаллы (их анизот-
ропия известна, см. § 70). Из природ-
ных кристаллов, используемых в каче-
стве поляризатора, следует отметить
турмалин.

Рассмотрим классические опыты с

турмалином (рис. 276). Направим есте-
ственный свет перпендикулярно плас-
тинке турмалина

 вырезанной парал-

лельно так называемой оптической оси

00' (см. § 192). Вращая кристалл

вокруг направления луча, никаких из-
менений

 прошедшего

через турмалин света не наблюдаем.

Если на пути луча поставить вторую
пластинку турмалина

 и вращать ее

вокруг направления луча, то интенсив-
ность света, прошедшего через пластин-
ки, меняется в зависимости от угла
между оптическими осями кристаллов

по закону

 (190.1)

где

 и / — соответственно интенсив-

ности света, падающего на второй кри-
сталл и вышедшего из него.

Следовательно, интенсивность про-

шедшего через пластинки света изменя-
ется от минимума (полное гашение све-
та) при a  — (оптические оси пласти-
нок перпендикулярны) до максимума
при  — 0 (оптические оси пластинок
параллельны). Однако, как это следует
из рис. 277, амплитуда Ё световых ко-

 27G

 Э.

 юс (1775 — 1812) — французский фи-

358