Дифракция света
Дифракция света: вопросы и ответы
ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ СВЕТА
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране , то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина — система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер щель, нить, край экрана , то на экране возникает система параллельных дифракционных полос. Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений. В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса , дополнив его идеей об интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых фронтов в последующие моменты времени, т. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающей вторичных волн Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом. Принцип Гюйгенса—Френеля также представлял собой определенную гипотезу, но последующий опыт подтвердил ее справедливость. В ряде практически важных случаев решение дифракционных задач на основе этого принципа дает достаточно хороший результат. Пусть поверхность S представляет собой положение волнового фронта в некоторый момент. В теории волн под волновым фронтом понимают поверхность, во всех точках которой колебания происходят с одним и тем же значением фазы синфазно. В частности, волновые фронта плоской волны — это семейство параллельных плоскостей, перпендикулярных направлению распространения волны. Волновые фронта сферической волны, испускаемой точечным источником — это семейство концентрических сфер. При этом следует учитывать только те элементы волновой поверхности S , которые не загораживаются каким-либо препятствием. Рассмотрим в качестве примера простую дифракционную задачу о прохождении плоской монохроматической волны от удаленного источника через небольшое круглое отверстие радиуса R в непрозрачном экране рис. Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса—Френеля следует мысленно заселить волновую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, волны от которых достигают точки P. Для облегчения расчета Френель предложил разбить волновую поверхность падающей волны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны зоны Френеля по следующему правилу: Если смотреть на волновую поверхность из точки P , то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности рис. Количество зон Френеля, укладывающихся на отверстии, определяется его радиусом R: Здесь m — не обязательно целое число. Результат интерференции вторичных волн в точке P зависит от числа m открытых зон Френеля. Легко показать, что все зоны имеют одинаковую площадь: Одинаковые по площади зоны должны были бы возбуждать в точке наблюдения колебания с одинаковой амплитудой. С хорошим приближением можно считать, что амплитуда колебаний, вызываемых некоторой зоной, равна среднему арифметическому из амплитуд колебаний, вызываемых двумя соседними зонами, т. Поэтому волны от любых двух соседних зон почти гасят друг друга. Таким образом, суммарная амплитуда колебаний в точке P всегда меньше амплитуды колебаний, которые вызвала бы одна первая зона Френеля. В частности, если бы были открыты все зоны Френеля, то до точки наблюдения дошла бы невозмущенная препятствием волна с амплитудой A 0. В этом случае можно записать: Следовательно, действие амплитуда , вызванное всем волновым фронтом, равно половине действия одной первой зоны. Итак, если отверстие в непрозрачном экране оставляет открытой только одну зону Френеля, то амплитуда колебаний в точке наблюдения возрастает в 2 раза а интенсивность — в 4 раза по сравнению с действием невозмущенной волны. Если открыть две зоны, то амплитуда колебаний обращается в нуль. Если изготовить непрозрачный экран, который оставлял бы открытыми только несколько нечетных или только несколько четных зон, то амплитуда колебаний резко возрастет. Такие пластинки, обладающие свойством фокусировать свет, называются зонными пластинками. При дифракции света на круглом диске закрытыми оказываются зоны Френеля первых номеров от 1 до m. Это — так называемое пятно Пуассона , оно окружено светлыми и темными дифракционными кольцами. Оценим размеры зон Френеля. Тогда радиус первой зоны Френеля есть. Таким образом, в оптическом диапазоне вследствие малости длины волны размер зон Френеля оказывается достаточно малым. Дифракционные явления проявляются наиболее отчетливо, когда на препятствии укладывается лишь небольшое число зон: Это соотношение можно рассматривать как критерий наблюдения дифракции. Если число зон Френеля, укладывающихся на препятствии, становится очень большим, дифракционные явления практически незаметны: Это сильное неравенство определяет границу применимости геометрической оптики. Узкий пучок света, который в геометрической оптике называется лучом, может быть сформирован только при выполнении этого условия. Таким образом, геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики. Выше был рассмотрен случай дифракции света от удаленного источника на препятствиях круглой формы. Если точечный источник света находится на конечном расстоянии, то на препятствие падает сферически расходящаяся волна. В этом случае геометрия задачи несколько усложняется, так как теперь зоны Френеля нужно строить не на плоской, а на сферической поверхности рис. Все выводы изложенной выше теории Френеля остаются справедливыми и в этом случае. Следует отметить, что теория дифракции и интерференции световых волн применима к волнам любой физической природы. В этом проявляется общность волновых закономерностей. Френель и другие ученые развивали волновые представления, еще не была известна. Отели онлайн Бронирование онлайн. Возможность забронировать номер онлайн hotels. Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием. Границы зон Френеля в плоскости отверстия. Зоны Френеля на сферическом фронте волны. Математика , Английский язык , Химия , Биология , Физика , География , Астрономия.
Ремонт ваз калина своими руками видео
Правила переговоров на узлах
Кафе московской области на карте
Сколько стоит банкротство ооо с долгами
Пикник немое кино текст
Состав слова закрепление
Вести италии про девушку
Назовите методы селекции растений и животных
Как сделать световой меч из лего
Люди рожденные 1 ноября
Амвей каталог 2017 новосибирск
План разгрома немцев под сталинградом
Кодирование графической информации формула
Классификация заболеваний кишечника
Задачи на логику длинные