Глава 6. Оптика.

Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.

Получить поляризованный свет можно путем отражения.

Когда свет падает на неметаллическую поверхность под любым углом, кроме прямого , отраженный луч оказывается частично плоскополяризованным.

Направим на отражающую поверхность ХХ естественный луч SO. На пути отраженного луча ОК поставим поляроид D, пройдя через кот., луч будет освещать экран К.

При повороте поляроида интенсивность освещения экрана станет изменяться. Это значит, что отраженный луч был частично поляризован. Степень поляризации луча зависит от его угла падения. При изменении луча от 0 до 90 градусов степень поляризации луча сначала возрастет, в некоторой точке достигнет максимума- став вполне поляризованным, а потом начнет убывать.

Угол падения, при котором отраженный луч становится поляризованным, называется углом полной поляризации, а его тангенс равен показателю преломления отражающей среды, т.е.

Оказалось, что отраженный луч всегда поляризуется в плоскости падения, т.е. колебания вектора Е происходят в плоскости перпендикулярной плоскости падения.

Преломленный луч достигает максимального уровня поляризации при угле падения луча , для этого этот луч надо пропустить через стопу пластинок (Столентова). Преломленный луч поляризуется в плоскости перпендикулярной плоскости падения.

Глава 7. Возникновение и сущность квантовой теории.

Фотоны и рождение пар.

Фотон- частица, кот. двигается со скоростью света. Масса любой частицы равна

Т.к. у фотона v=c, то знаменатель равен нулю. Значит либо масса покоя фотона ( ) равна нулю, либо его энергия бесконечна.

Импульс фотона можно вычислить по формуле: p=E/c. Т.к. E=vh, импульс фотона связан с его длинной волны соотношением p=hv/c=h/л.

Фотон обладает энергией, кот. может превращаться в массу (энергию покоя). Это чаще всего происходит при рождении позитрона и электрона. Позитрон имеет ту же массу, что и электрон, но у него противоположный знак заряда. Такой процесс называется рождением электрон-позитронной пары и сопровождается исчезновением фотона.

Глава 8. Ядерная физика.

Деление ядер.

С ростом значения массового числа А удельная энергия связи увеличивается вплоть до А~50. Это объясняется тем, что энергия связи усиливается, если его притягивают несколько других кулонов. Ядерные силы притяжения короткодействующие. В элементах со значением массового числа больше А=50 удельная энергия связи начинает уменьшаться.

Если сблизить электрон и протон, высвободится энергия 13,6 эВ и масса атома водорода оказывается на 13,6 эВ меньше суммы масс свободного электрона и протона. Если их соединить, то они сольется с выделением энергии, кот. соответствует разности масс. Этот процесс называется синтезом ядер.

Если тяжелое ядро расщепляется на два, то их масса будет меньше первоначальной массы ядра примерно на 0,1%. Энергия атомной бомбы является энергией, высвобождающейся при делении ядер.

Энергия водородной бомбы- энергия ядерного синтеза.

Благодаря цепной реакции процесс деления ядер можно сделать самоподдерживающимся. При каждом делении ядер высвобождаются 2-3 нейрона которые могут вызвать деление другого ядра урана, тогда процесс станет самоподдерживающимся. Совокупность делящегося вещества, удовлетворяющая этому требованию, называется критической сборкой.

Массу можно сделать надкритической. Тогда возникающие при делении нейтроны будут вызывать несколько вторичных делений. Такое устройство называется атомной бомбой. Сферу из плутония переводят в надкритическое состояние обычно с помощью взрыва. Подкритическую сферу из плутония окружают химической взрывчаткой. При ее взрыве плутониевая сфера подвергается мгновенному сжатию. Скорость поглощения нейтронов оказывается выше скорости потери нейтронов за счет их вылета наружу. В этом и заключается условие надкритичности.

Взрыв атомной бомбы можно сделать эффективным, когда большая часть плутония прореагирует, а не разлетится.

Глава 9. Физика элементарных частиц.

Теория великого объединения.

Успехи единой электрослабой теории стимулировали в последнее время попытки включить ее и квантовую хромодинамику для сильного взаимодействия в рамки так называемой теории великого объединения. В одном варианте этой теории, включающей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия, существует только один класс частиц- лептоны и кварки, принадлежащие одному семейству и способные свободно превращаться друг в друга, а три типа сил представляют собой различные аспекты единого взаимодействия. Если две частицы ( лептоны или кварки ) сближаются на расстоянии меньшем , то между ними перестает существовать какое-либо различие и кварк может легко превратиться в лептон или наоборот. Тогда слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия сливаются в одно. Такое превращение схоже с превращением протона в нейтрон.

То, что происходит на расстояниях , превышающих масштаб сближения ( ) называют нарушением симметрии, т.е. возникают три разных взаимодействия.

В простейшем варианте теории Великого объединения оценка времени жизни протона равна лет. Но эксперименты показали, что нижний предел времени гораздо больше. Другое предсказание говорило, что первые сек. после великого взрыва, в результате которого возникла наша Вселенная, температуры были столь высоки, что частицы обладали энергиями, соответствующими масштабу объединения. Это значит, что барионный заряд не сохранялся. Этим объясняется наблюдаемое в настоящее время преобладание вещества над антивеществом во Вселенной от пример показывает глубокую связь между исследованиями, проводимыми на противоположных концах шкалы размеров: теории занимающейся изучением элементарных частиц и теории Вселенной как целого. Еще более грандиозными являются попытки включить в единую схему и гравитационное взаимодействие, объединив тем самым в рамках единой теории все четыре фундаментальных взаимодействия.

Для увеличения энергии заряженных частиц до больших значений, используются ускорители. Частицам высоких энергий соответствуют очень малые длины волн, поэтому их можно использовать для получения подробной информации о строении бомбардируемых объектов. При столкновении частиц с высокой энергией происходит образование новых частиц.

Сильное взаимодействие переносится мезонами, обладающими массой покоя или безмассовыми глюонами.

Античастица имеет такую же массу, что и частица, но противоположный по знаку заряд. Во всех ядерных реакциях и реакциях с участием частиц выполняются следующие законы сохранения энергии: импульса, массы-энергии, момента импульса, электрического заряда, барионного и лептонного зарядов.

Частицы можно классифицировать как лептоны и адроны; фотон образует отдельный класс. Лептоны участвуют в слабом и электромагнитном взаимодействиях. Адроны- еще и в сильном. Адроны подразделяются на мезоны (с нулевым барионным зарядом) и барионы (с ненулевым зарядом).

Последние теории элементарных частиц основаны на гипотезе кварков как составных частей адронов. Ожидается, что число кварков совпадает с числом лептонов (известны шесть кварков) и что кварки и лептоны являются истинно элементарными частицами. Кварки обладают цветом. Согласно квантовой хромодинамике переносчиками сильного цветового взаимодействия между зарядами служат глюоны.