Ένα παράδειγμα της περίθλασης του φωτός είναι Μελέτη του φαινομένου της περίθλασης φωτός. Πώς εκδηλώνεται η περίθλαση του φωτός;

ΟΡΙΣΜΟΣ

Περίθλαση- κάμψη γύρω από εμπόδια με κύμα.

Δεδομένου ότι το φως είναι μια συλλογή κυμάτων, τότε, όπως κάθε κύμα, υπόκειται σε περίθλαση. Επειδή όμως το μήκος του φωτός είναι πολύ μικρό, μπορεί να αποκλίνει από την ευθύγραμμη διάδοση μόνο με αισθητές γωνίες εάν οι διαστάσεις των εμποδίων είναι συγκρίσιμες με τα μήκη κύματος, δηλαδή πολύ μικρές.

Ένας γενικότερος ορισμός της περίθλασης φωτός δίνεται ως εξής. Η διάθλαση φωτός είναι ένα πακέτο φαινομένων που σχετίζονται με την κυματική φύση του φωτός, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί όταν διαδίδεται σε μια ουσία με έντονες ανομοιογένειες. Πειράματα που καταδεικνύουν το φαινόμενο της διάθλασης φωτός είναι: η απόκλιση του φωτός από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνά μέσα από οπές σε αδιαφανή πλέγματα, κάμπτοντας γύρω από τα όρια αδιαφανών σωμάτων.

Η αυστηρή λύση των εξισώσεων των κυμάτων όταν εξετάζονται προβλήματα περίθλασης είναι ένα αρκετά περίπλοκο πρόβλημα. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται συχνά κατά προσέγγιση μέθοδοι λύσης.

Το φαινόμενο της περίθλασης επιβάλλει όρια στην εφαρμοσιμότητα των νόμων της γεωμετρικής οπτικής και καθορίζει το όριο της διακριτικής ικανότητας των οπτικών οργάνων.

Θεωρία Fresnel

Ο O. Fresnel συμπλήρωσε την αρχή του Huygens με την ιδέα των δευτερογενών κυμάτων και έχτισε μια ποσοτική θεωρία περίθλασης. Διερεύνησε πειραματικά διάφορες παραλλαγές περίθλασης και δημιούργησε μια ποσοτική θεωρία που καθιστά δυνατό τον ποσοτικό χαρακτηρισμό του μοτίβου περίθλασης που συμβαίνει όταν ένα φωτεινό κύμα περάσει γύρω από οποιοδήποτε εμπόδιο. Η βάση της θεωρίας του Fresnel ήταν η θέση ότι η επιφάνεια του κύματος σε μια αυθαίρετη χρονική στιγμή δεν είναι μόνο το περίβλημα των δευτερευόντων κυμάτων, αλλά είναι το αποτέλεσμα της παρεμβολής τους. Αυτή η θέση ονομάζεται αρχή Huygens-Fresnel.

Σύμφωνα με τη θεωρία του Fresnel, για να υπολογιστεί το πλάτος ενός φωτεινού κύματος σε ένα αυθαίρετο σημείο του χώρου, θα πρέπει θεωρητικά να περιβάλλει την πηγή φωτός με μια κλειστή επιφάνεια. Η υπέρθεση κυμάτων από δευτερεύουσες πηγές που βρίσκονται στην επιφάνεια που προκύπτει θα καθορίσει το πλάτος στο σημείο του υπό μελέτη χώρου. Ή, με άλλα λόγια, έξω από τη φανταστική επιφάνεια, το πραγματικά διαδιδόμενο κύμα μπορεί να αντικατασταθεί από ένα σύνολο συνεκτικών πλασματικών δευτερογενών κυμάτων που παρεμβαίνουν.

Σε ορισμένα προβλήματα περίθλασης που έχουν αξονική συμμετρία, ο υπολογισμός της παρεμβολής των δευτερογενών κυμάτων απλοποιείται χρησιμοποιώντας μια γεωμετρική μέθοδο κατά την οποία το μέτωπο κύματος χωρίζεται σε τμήματα - δακτυλίους. Αυτές οι περιοχές ονομάζονται ζώνες Fresnel. Η διαδικασία για τη διαίρεση σε ζώνες εκτελείται με τέτοιο τρόπο ώστε η διαφορά οπτικής διαδρομής από παρόμοια όρια από κάθε ζεύγος γειτονικών ζωνών στο σημείο εξέτασης ήταν ίση με το μισό του μήκους κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, τα δευτερεύοντα κύματα από παρόμοια σημεία ενός ζεύγους γειτονικών ζωνών έρχονται στο σημείο εξέτασης, έχοντας αντίθετες φάσεις, επομένως, εξασθενούν το ένα το άλλο όταν υπερτίθενται.

Η ακτίνα της ζώνης Fresnel με αριθμό n () είναι ίση με:

όπου a είναι η απόσταση από την πηγή φωτός μέχρι την οπή στην αδιαφανή οθόνη. b είναι η απόσταση από την τρύπα μέχρι το σημείο παρατήρησης.

Σχάρα περίθλασης

Η διάταξη ενός πλέγματος περίθλασης βασίζεται στο φαινόμενο της περίθλασης. Είναι μια συλλογή από στενές σχισμές που χωρίζουν στενά αδιαφανή κενά. Οι τιμές των γωνιών (), που λαμβάνονται όταν κατευθύνονται στα μέγιστα του φάσματος περίθλασης, που προκύπτουν όταν χρησιμοποιείται ένα πλέγμα περίθλασης, καθορίζονται από την έκφραση:

όπου d είναι η περίοδος τριβής. Με τη βοήθεια ενός πλέγματος περίθλασης, το λευκό φως αποσυντίθεται σε ένα φάσμα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του μήκους κύματος του φωτός.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση	Ποια είναι η απόσταση από την τρύπα μέχρι το σημείο παρατήρησης (β) εάν η τρύπα αποκαλύπτει τρεις ζώνες Fresnel; Στην περίπτωση αυτή, η σημειακή πηγή φωτός βρίσκεται σε απόσταση a=1 m από το διάφραγμα με στρογγυλή οπή ακτίνας 1 mm (Εικ. 1), m.
Λύση	Θεωρήστε ένα ορθογώνιο τρίγωνο SCB. Για εκείνον: Ταυτόχρονα, είναι σαφές ότι το μήκος κύματος του φωτός () είναι πολύ μικρότερο από τις αποστάσεις a και . Για ένα άλλο τρίγωνο (BCA), έχουμε: Εξισώστε τα σωστά μέρη των παραστάσεων (1.1) και (1.2), λάβετε υπόψη ότι , έχουμε: Αντικαθιστούμε τη δεξιά πλευρά της παράστασης (1.3) αντί του x στον τύπο (1.1), παίρνουμε: Η τιμή μπορεί να παραμεληθεί σε σύγκριση με το . Μπορεί να θεωρηθεί ότι: Ας εκφράσουμε από το (1.5) την επιθυμητή τιμή b, έχουμε: Ας κάνουμε τους υπολογισμούς:
Απάντηση	Μ

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ασκηση	Ένα μονόχρωμο κύμα συνήθως πέφτει σε ένα πλέγμα περίθλασης με περίοδο m, η οποία είναι ίση με το μήκος κύματος εάν η γωνία μεταξύ των φασμάτων της πρώτης και της δεύτερης τάξης είναι .
Λύση	Ως βάση για την επίλυση του προβλήματος, χρησιμοποιούμε την συνθήκη για τα μέγιστα του φάσματος του πλέγματος περίθλασης: Δεδομένου ότι εξετάζουμε φάσματα της πρώτης και δεύτερης τάξης, ο τύπος (2.1) θα δώσει τις ακόλουθες εκφράσεις:

Ορισμός 1

Περίθλαση φωτός είναι το φαινόμενο της απόκλισης του φωτός από την ευθύγραμμη κατεύθυνση διάδοσης όταν περνάει κοντά σε εμπόδια.

Στην κλασική φυσική, το φαινόμενο της περίθλασης περιγράφεται ως παρεμβολή κυμάτων σύμφωνα με την αρχή Huygens-Fresnel. Αυτά τα χαρακτηριστικά πρότυπα συμπεριφοράς εμφανίζονται όταν ένα κύμα συναντά ένα εμπόδιο ή κενό που είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με το μήκος κύματός του. Παρόμοια φαινόμενα συμβαίνουν όταν ένα φωτεινό κύμα διέρχεται από ένα μέσο με μεταβαλλόμενο δείκτη διάθλασης ή όταν ένα ηχητικό κύμα διέρχεται από ένα μέσο με αλλαγή στην ακουστική αντίσταση. Η περίθλαση συμβαίνει με όλα τα είδη κυμάτων, συμπεριλαμβανομένων των ηχητικών κυμάτων, των κυμάτων ανέμου και των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, καθώς και του ορατού φωτός, των ακτίνων Χ και των ραδιοκυμάτων.

Δεδομένου ότι τα φυσικά αντικείμενα έχουν κυματικές ιδιότητες (σε ατομικό επίπεδο), η περίθλαση συμβαίνει επίσης με ουσίες και μπορεί να μελετηθεί σύμφωνα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής.

Παραδείγματα

Τα φαινόμενα περίθλασης συναντώνται συχνά στην καθημερινή ζωή. Τα πιο εντυπωσιακά παραδείγματα περίθλασης είναι αυτά που σχετίζονται με το φως. για παράδειγμα, τα κομμάτια σε κοντινή απόσταση σε CD ή DVD λειτουργούν ως πλέγμα περίθλασης. Η περίθλαση σε μια ατμόσφαιρα μικρών σωματιδίων μπορεί να οδηγήσει σε έναν φωτεινό δακτύλιο που είναι ορατός κοντά σε μια φωτεινή πηγή φωτός όπως ο ήλιος ή η σελήνη. Η κηλίδα που εμφανίζεται όταν μια δέσμη λέιζερ προσπίπτει σε μια οπτικά ανώμαλη επιφάνεια είναι επίσης περίθλαση. Όλα αυτά τα φαινόμενα είναι συνέπεια του γεγονότος ότι το φως ταξιδεύει ως κύμα.

Παρατήρηση 1

Η περίθλαση μπορεί να συμβεί με οποιοδήποτε είδος κύματος.

Τα κύματα του ωκεανού σκορπίζονται γύρω από προβλήτες και άλλα εμπόδια. Τα ηχητικά κύματα μπορούν να διαθλαστούν γύρω από αντικείμενα, ώστε να μπορείτε να ακούσετε κάποιον να καλεί ακόμα και όταν κρύβεται πίσω από ένα δέντρο.

Ιστορία

Τα αποτελέσματα της περίθλασης του φωτός ήταν γνωστά στην εποχή του Francesco Maria Grimaldi, ο οποίος επίσης επινόησε τον όρο περίθλαση. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από τον Grimaldi δημοσιεύθηκαν μεταθανάτια σε $1665. Ο Thomas Young πραγματοποίησε ένα διάσημο πείραμα στα 1803 $, δείχνοντας παρεμβολές από δύο κοντινές σχισμές. Εξηγώντας τα αποτελέσματά του με τη βοήθεια της παρεμβολής κυμάτων που προέρχονται από δύο διαφορετικές σχισμές, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φως πρέπει να διαδίδεται με τη μορφή κυμάτων. Ο Fresnel έκανε πιο ακριβείς μελέτες και υπολογισμούς περίθλασης, οι οποίοι δημοσιεύθηκαν στα $1815. Ως βάση της θεωρίας του, ο Fresnel χρησιμοποιεί τον ορισμό του φωτός που αναπτύχθηκε από τον Christian Huygens, συμπληρώνοντάς τον με την ιδέα της παρεμβολής δευτερευόντων κυμάτων. Η πειραματική επιβεβαίωση της θεωρίας του Fresnel έχει γίνει μια από τις κύριες αποδείξεις της κυματικής φύσης του φωτός. Αυτή η θεωρία είναι τώρα γνωστή ως η αρχή Huygens-Fresnel.

Περίθλαση φωτός

Περίθλαση σχισμής

Μια μεγάλη σχισμή απειροελάχιστου πλάτους, η οποία φωτίζεται από το φως, διαθλά το φως σε μια σειρά κυκλικών κυμάτων και σε ένα μέτωπο κύματος που αναδύεται από τη σχισμή και είναι ένα κυλινδρικό κύμα ομοιόμορφης έντασης. Μια σχισμή που είναι ευρύτερη από το μήκος κύματος παράγει φαινόμενα παρεμβολής στο χώρο στην έξοδο της σχισμής. Μπορούν να εξηγηθούν από το γεγονός ότι η σχισμή συμπεριφέρεται σαν να έχει μεγάλο αριθμό σημειακών πηγών, οι οποίες κατανέμονται ομοιόμορφα σε όλο το πλάτος της σχισμής. Η ανάλυση αυτού του συστήματος απλοποιείται αν λάβουμε υπόψη το φως ενός μήκους κύματος. Εάν το προσπίπτον φως είναι συνεκτικό, αυτές οι πηγές έχουν όλες την ίδια φάση.

Σχάρα περίθλασης

Ένα πλέγμα περίθλασης είναι ένα οπτικό στοιχείο με περιοδική δομή που διασπά και περιθλά το φως σε πολλαπλές ακτίνες που διαδίδονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Το φως που διαθλάται από το πλέγμα καθορίζεται αθροίζοντας το φως που διαθλάται από καθένα από τα στοιχεία και είναι ουσιαστικά μια συνέλιξη των μοτίβων περίθλασης και παρεμβολής.

μεγάλο3 -4

Περίθλαση φωτός

Περίθλαση ονομάζεται η κάμψη των κυμάτων γύρω από τα εμπόδια που συναντώνται στην πορεία τους, ή με μια ευρύτερη έννοια - οποιαδήποτε απόκλιση της διάδοσης των κυμάτων κοντά σε εμπόδια από τους νόμους της γεωμετρικής οπτικής. Λόγω της περίθλασης, τα κύματα μπορούν να εισέλθουν στην περιοχή μιας γεωμετρικής σκιάς, να περάσουν γύρω από εμπόδια, να διαπεράσουν μια μικρή τρύπα στις οθόνες κ.λπ.

Δεν υπάρχει σημαντική φυσική διαφορά μεταξύ παρεμβολής και περίθλασης. Και τα δύο φαινόμενα συνίστανται στην ανακατανομή της φωτεινής ροής ως αποτέλεσμα της υπέρθεσης (υπέρθεσης) κυμάτων. Για ιστορικούς λόγους, η απόκλιση από το νόμο της ανεξαρτησίας των φωτεινών δεσμών που προκύπτουν από την υπέρθεση συνεκτικών κυμάτων συνήθως ονομάζεται κυματική παρεμβολή. Η απόκλιση από τον νόμο της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, με τη σειρά του, ονομάζεται περίθλαση κυμάτων.

Η παρατήρηση της περίθλασης πραγματοποιείται συνήθως σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα. Ένα αδιαφανές φράγμα τοποθετείται στη διαδρομή ενός φωτεινού κύματος που διαδίδεται από κάποια πηγή, καλύπτοντας μέρος της επιφάνειας κύματος του φωτεινού κύματος. Πίσω από το φράγμα υπάρχει μια οθόνη στην οποία εμφανίζεται ένα μοτίβο περίθλασης.

Υπάρχουν δύο τύποι περίθλασης. Εάν η πηγή φωτός μικρόκαι σημείο παρατήρησης Πβρίσκεται τόσο μακριά από το εμπόδιο που οι ακτίνες προσπίπτουν στο εμπόδιο και οι ακτίνες πηγαίνουν στο σημείο Π, σχηματίζουν σχεδόν παράλληλες δοκούς, μιλούν για περίθλαση σε παράλληλες δέσμεςή περίπου Περίθλαση Fraunhofer. Διαφορετικά, μιλήστε για Περίθλαση Fresnel. Η περίθλαση Fraunhofer μπορεί να παρατηρηθεί τοποθετώντας πίσω από μια πηγή φωτός μικρόκαι μπροστά από το σημείο παρατήρησης Πκατά μήκος του φακού έτσι ώστε τα σημεία μικρόΚαι Πβρίσκονταν στο εστιακό επίπεδο του αντίστοιχου φακού (Εικ.).

Βασικά, η περίθλαση Fraunhofer δεν διαφέρει από τη περίθλαση Fresnel. Το ποσοτικό κριτήριο που καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του είδους της περίθλασης καθορίζεται από την τιμή της αδιάστατης παραμέτρου, όπου σιείναι το χαρακτηριστικό μέγεθος του εμποδίου, μεγάλοείναι η απόσταση μεταξύ του εμποδίου και της οθόνης στην οποία παρατηρείται το σχέδιο περίθλασης,  είναι το μήκος κύματος. Αν

Το φαινόμενο της περίθλασης εξηγείται ποιοτικά χρησιμοποιώντας την αρχή Huygens, σύμφωνα με την οποία κάθε σημείο στο οποίο φτάνει ένα κύμα χρησιμεύει ως το κέντρο των δευτερευόντων κυμάτων και το περίβλημα αυτών των κυμάτων καθορίζει τη θέση του μετώπου κύματος την επόμενη χρονική στιγμή. Για ένα μονοχρωματικό κύμα, η επιφάνεια του κύματος είναι η επιφάνεια στην οποία συμβαίνουν ταλαντώσεις στην ίδια φάση.

Αφήστε ένα επίπεδο κύμα να πέσει κανονικά σε μια τρύπα σε μια αδιαφανή οθόνη (Εικ.). Σύμφωνα με τον Huygens, κάθε σημείο του τμήματος του μετώπου κύματος που διακρίνεται από την τρύπα χρησιμεύει ως πηγή δευτερευόντων κυμάτων (σε ένα ισότροπο μέσο είναι σφαιρικά). Έχοντας κατασκευάσει το περίβλημα των δευτερευόντων κυμάτων για μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, βλέπουμε ότι το μέτωπο του κύματος εισέρχεται στην περιοχή της γεωμετρικής σκιάς, δηλ. τυλίγεται γύρω από την άκρη της τρύπας.

Η αρχή του Huygens λύνει μόνο το πρόβλημα της κατεύθυνσης διάδοσης του μετώπου κύματος, αλλά δεν επηρεάζει το ζήτημα του πλάτους και, κατά συνέπεια, της έντασης στο μέτωπο του κύματος. Από την καθημερινή εμπειρία είναι γνωστό ότι σε μεγάλο αριθμό περιπτώσεων οι ακτίνες φωτός δεν αποκλίνουν από την ευθύγραμμη διάδοσή τους. Έτσι, τα αντικείμενα που φωτίζονται από μια σημειακή πηγή φωτός δίνουν μια έντονη σκιά. Έτσι, πρέπει να συμπληρωθεί η αρχή Huygens, η οποία καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της έντασης του κύματος.

Ο Fresnel συμπλήρωσε την αρχή του Huygens με την ιδέα της παρεμβολής δευτερευόντων κυμάτων. Σύμφωνα με την αρχή Huygens-Fresnel, ένα φωτεινό κύμα που διεγείρεται από κάποια πηγή μικρό, μπορεί να αναπαρασταθεί ως το αποτέλεσμα μιας υπέρθεσης συνεκτικών δευτερευόντων κυμάτων που εκπέμπονται από μικρά στοιχεία κάποιας κλειστής επιφάνειας που περικλείει την πηγή μικρό. Συνήθως, ως επιφάνεια επιλέγεται μία από τις επιφάνειες κύματος, επομένως οι πηγές των δευτερογενών κυμάτων δρουν σε φάση. Σε αναλυτική μορφή, για μια σημειακή πηγή, αυτή η αρχή γράφεται ως

, (1) όπου μιείναι το διάνυσμα φωτός, το οποίο περιλαμβάνει τη χρονική εξάρτηση
, κείναι ο αριθμός κύματος, r- απόσταση από το σημείο Π στην επιφάνεια μικρόμέχρι κάποιο σημείο Π, κ- συντελεστής ανάλογα με τον προσανατολισμό της τοποθεσίας ως προς την πηγή και το σημείο Π. Εγκυρότητα του τύπου (1) και η μορφή της συνάρτησης κκαθιερώνεται στο πλαίσιο της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του φωτός (στην οπτική προσέγγιση).

Στην περίπτωση που μεταξύ της πηγής μικρόκαι σημείο παρατήρησης Πυπάρχουν αδιαφανείς οθόνες με τρύπες, το αποτέλεσμα αυτών των οθονών μπορεί να ληφθεί υπόψη ως εξής. Στην επιφάνεια των αδιαφανών οθονών, τα πλάτη των δευτερογενών πηγών θεωρούνται μηδενικά. στην περιοχή των οπών, τα πλάτη των πηγών είναι τα ίδια όπως και στην απουσία οθόνης (η λεγόμενη προσέγγιση Kirchhoff).

Μέθοδος ζώνης Fresnel.Υπολογίζοντας τα πλάτη και τις φάσεις των δευτερευόντων κυμάτων καθιστά δυνατή, κατ' αρχήν, την εύρεση του πλάτους του προκύπτοντος κύματος σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου και την επίλυση του προβλήματος της διάδοσης του φωτός. Στη γενική περίπτωση, ο υπολογισμός της παρεμβολής των δευτερογενών κυμάτων σύμφωνα με τον τύπο (1) είναι μάλλον περίπλοκος και περίπλοκος. Ωστόσο, μια σειρά προβλημάτων μπορούν να λυθούν με την εφαρμογή μιας εξαιρετικά οπτικής τεχνικής που αντικαθιστά πολύπλοκους υπολογισμούς. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται μέθοδος Ζώνες Fresnel.

Θα αναλύσουμε την ουσία της μεθόδου χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας σημειακής πηγής φωτός μικρό. Οι επιφάνειες κυμάτων είναι σε αυτή την περίπτωση ομόκεντρες σφαίρες με κέντρο μικρό. Ας διαιρέσουμε την επιφάνεια κύματος που φαίνεται στο σχήμα σε δακτυλιοειδείς ζώνες κατασκευασμένες με τέτοιο τρόπο ώστε οι αποστάσεις από τα άκρα κάθε ζώνης στο σημείο Πδιαφέρουν κατά
. Οι ζώνες με αυτήν την ιδιότητα ονομάζονται Ζώνες Fresnel. Από το σχ. φαίνεται ότι η απόσταση από την εξωτερική άκρη Μ-η ζώνη στο σημείο Πισοδυναμεί

, Οπου σιείναι η απόσταση από την κορυφή της επιφάνειας του κύματος Ομέχρι κάποιο σημείο Π.

Οι δονήσεις φτάνουν σε ένα σημείο Παπό παρόμοια σημεία δύο γειτονικών ζωνών (για παράδειγμα, σημεία που βρίσκονται στο μέσο των ζωνών ή στα εξωτερικά άκρα των ζωνών) βρίσκονται σε αντιφάση. Επομένως, οι δονήσεις από γειτονικές ζώνες θα εξασθενήσουν αμοιβαία ο ένας τον άλλον και το πλάτος της προκύπτουσας φωτεινής δόνησης στο σημείο Π

, (2) όπου , , … είναι τα πλάτη των ταλαντώσεων που διεγείρονται από τις ζώνες 1η, 2η, ….

Για να υπολογίσουμε τα πλάτη των ταλαντώσεων, βρίσκουμε τις περιοχές των ζωνών Fresnel. Αφήστε το εξωτερικό περίγραμμα Μ-η ζώνη επιλέγει ένα τμήμα σφαιρικού ύψους στην επιφάνεια του κύματος . Υποδηλώνοντας την περιοχή αυτού του τμήματος μέσω , βρείτε ότι, περιοχή Μη ζώνη Fresnel είναι ίση με
. Από το σχήμα φαίνεται ότι . Μετά από απλούς μετασχηματισμούς, λαμβάνοντας υπόψη
Και
, παίρνουμε

. Εμβαδόν και εμβαδόν σφαιρικού τμήματος ΜΟι ζώνες Fresnel είναι αντίστοιχα ίσες με

,
. (3) Έτσι, για όχι πολύ μεγάλο Μοι περιοχές των ζωνών Fresnel είναι οι ίδιες. Σύμφωνα με την υπόθεση του Fresnel, η δράση μεμονωμένων ζωνών σε ένα σημείο Πόσο μικρότερη τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία μεταξύ κανονικών n προς την επιφάνεια της ζώνης και κατεύθυνση προς Π, δηλ. η δράση των ζωνών σταδιακά μειώνεται από την κεντρική προς την περιφερειακή. Επιπλέον, η ένταση της ακτινοβολίας προς την κατεύθυνση του σημείου Πμειώνεται με την ανάπτυξη Μκαι λόγω αύξησης της απόστασης από τη ζώνη στο σημείο Π. Έτσι, τα πλάτη ταλάντωσης σχηματίζουν μια μονοτονικά φθίνουσα ακολουθία

Ο συνολικός αριθμός των ζωνών Fresnel που ταιριάζουν σε ένα ημισφαίριο είναι πολύ μεγάλος. για παράδειγμα, όταν
Και
ο αριθμός των ζωνών φτάνει τις ~10 6 . Αυτό σημαίνει ότι το πλάτος μειώνεται πολύ αργά και, επομένως, μπορούμε να το εξετάσουμε κατά προσέγγιση

. (4) Στη συνέχεια συνοψίζεται η έκφραση (2) μετά την αναδιάταξη

, (5) αφού οι εκφράσεις σε παρένθεση, σύμφωνα με το (4), είναι ίσες με μηδέν, και η συμβολή του τελευταίου όρου είναι αμελητέα. Έτσι, το πλάτος των ταλαντώσεων που προκύπτουν σε ένα αυθαίρετο σημείο Πκαθορίζεται, λες, από τη μισή δράση της κεντρικής ζώνης Fresnel.

Όταν δεν είναι πολύ μεγάλο Μύψος τμήματος
, οπότε μπορούμε να το υποθέσουμε
. Αντικατάσταση της τιμής για , λαμβάνουμε για την ακτίνα του εξωτερικού ορίου Μη ζώνη

. (6) Πότε
Και
ακτίνα της πρώτης (κεντρικής) ζώνης
. Επομένως, η διάδοση του φωτός από μικρόΠρος την Πεμφανίζεται σαν η ροή φωτός να μπήκε μέσα σε ένα πολύ στενό κανάλι κατά μήκος SP, δηλ. ειλικρινής.

Η νομιμότητα της διαίρεσης του μετώπου κύματος σε ζώνες Fresnel έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια πλάκα ζώνης - στην απλούστερη περίπτωση, μια γυάλινη πλάκα, που αποτελείται από ένα σύστημα εναλλασσόμενων διαφανών και αδιαφανών ομόκεντρων δακτυλίων, με ακτίνες ζώνης Fresnel δεδομένης διαμόρφωσης. Εάν τοποθετήσετε την πλάκα ζώνης σε ένα αυστηρά καθορισμένο μέρος (σε απόσταση ένααπό σημειακή πηγή και σε απόσταση σιαπό το σημείο παρατήρησης), τότε το προκύπτον πλάτος θα είναι μεγαλύτερο από ό,τι με ένα πλήρως ανοιχτό μέτωπο κύματος.

Περίθλαση Fresnel από κυκλική οπή.Η περίθλαση Fresnel παρατηρείται σε μια πεπερασμένη απόσταση από το εμπόδιο που προκάλεσε τη διάθλαση, σε αυτήν την περίπτωση ένα πλέγμα με μια τρύπα. Σφαιρικό κύμα που διαδίδεται από σημειακή πηγή μικρό, συναντά μια οθόνη με μια τρύπα στο δρόμο της. Το σχέδιο περίθλασης παρατηρείται σε μια οθόνη παράλληλη με την οθόνη με την οπή. Η εμφάνισή του εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ της οπής και της οθόνης (για μια δεδομένη διάμετρο οπής). Είναι ευκολότερο να προσδιοριστεί το πλάτος των δονήσεων φωτός στο κέντρο της εικόνας. Για να γίνει αυτό, χωρίζουμε το ανοιχτό τμήμα της επιφάνειας του κύματος σε ζώνες Fresnel. Το πλάτος ταλάντωσης που διεγείρεται από όλες τις ζώνες είναι ίσο με

, (7) όπου το σύμβολο συν αντιστοιχεί στο περιττό Μκαι μείον - ακόμη Μ.

Όταν η τρύπα ανοίγει έναν περιττό αριθμό ζωνών Fresnel, τότε το πλάτος (ένταση) στο κεντρικό σημείο θα είναι μεγαλύτερο από όταν το κύμα διαδίδεται ελεύθερα. αν ακόμη και τότε το πλάτος (ένταση) θα είναι ίσο με μηδέν. Για παράδειγμα, εάν η τρύπα ανοίγει μια ζώνη Fresnel, το πλάτος
, μετά η ένταση (
) τέσσερις φορές περισσότερο.

Ο υπολογισμός του πλάτους ταλάντωσης στα εκτός άξονα τμήματα της οθόνης είναι πιο περίπλοκος, καθώς οι αντίστοιχες ζώνες Fresnel επικαλύπτονται μερικώς από ένα αδιαφανές πλέγμα. Είναι ποιοτικά σαφές ότι το σχέδιο περίθλασης θα έχει τη μορφή εναλλασσόμενων σκοτεινών και φωτεινών δακτυλίων με κοινό κέντρο (εάν Μακόμη, τότε θα υπάρχει ένας σκούρος δακτύλιος στο κέντρο, αν Μπερίεργο - μετά ένα φωτεινό σημείο) και η ένταση στο μέγιστο μειώνεται με την απόσταση από το κέντρο της εικόνας. Εάν η τρύπα δεν φωτίζεται με μονόχρωμο φως, αλλά με λευκό φως, τότε οι δακτύλιοι είναι χρωματισμένοι.

Ας εξετάσουμε τις οριακές περιπτώσεις. Εάν η τρύπα αποκαλύπτει μόνο μέρος της κεντρικής ζώνης Fresnel, εμφανίζεται ένα διάχυτο φωτεινό σημείο στην οθόνη. εναλλαγή φωτεινών και σκούρων δακτυλίων δεν συμβαίνει σε αυτή την περίπτωση. Εάν η τρύπα ανοίγει μεγάλο αριθμό ζωνών, τότε
και πλάτος στο κέντρο
, δηλ. το ίδιο με ένα πλήρως ανοιχτό μέτωπο κυμάτων. η εναλλαγή φωτεινών και σκούρων δακτυλίων συμβαίνει μόνο σε μια πολύ στενή περιοχή στο όριο της γεωμετρικής σκιάς. Στην πραγματικότητα, το σχέδιο περίθλασης δεν παρατηρείται και η διάδοση του φωτός, στην πραγματικότητα, είναι ευθύγραμμη.

Περίθλαση Fresnel σε δίσκο.Σφαιρικό κύμα που διαδίδεται από σημειακή πηγή μικρό, συναντά έναν δίσκο στο δρόμο του (Εικ.). Το μοτίβο περίθλασης που παρατηρείται στην οθόνη είναι κεντρικά συμμετρικό. Ας προσδιορίσουμε το πλάτος των ταλαντώσεων φωτός στο κέντρο. Αφήστε τον δίσκο να κλείσει Μοι πρώτες ζώνες Fresnel. Τότε το πλάτος της ταλάντωσης είναι ίσο με

Ή
, (8) αφού οι εκφράσεις στις παρενθέσεις είναι ίσες με μηδέν. Κατά συνέπεια, ένα μέγιστο περίθλασης (φωτεινό σημείο) παρατηρείται πάντα στο κέντρο, που αντιστοιχεί στο μισό της δράσης της πρώτης ανοιχτής ζώνης Fresnel. Το κεντρικό μέγιστο περιβάλλεται από σκοτεινούς και φωτεινούς δακτυλίους ομόκεντρους με αυτό. Με μικρό αριθμό κλειστών ζωνών, το πλάτος
λίγο διαφορετικό από . Επομένως, η ένταση στο κέντρο θα είναι σχεδόν ίδια με την απουσία του δίσκου. Η αλλαγή του φωτισμού της οθόνης με την απόσταση από το κέντρο της εικόνας φαίνεται στο Σχ.

Ας εξετάσουμε τις οριακές περιπτώσεις. Εάν ο δίσκος καλύπτει μόνο ένα μικρό μέρος της κεντρικής ζώνης Fresnel, δεν ρίχνει καθόλου σκιά - ο φωτισμός της οθόνης παραμένει ο ίδιος παντού όπως στην απουσία του δίσκου. Εάν ο δίσκος καλύπτει πολλές ζώνες Fresnel, η εναλλαγή φωτεινών και σκούρων δακτυλίων παρατηρείται μόνο σε μια στενή περιοχή στο όριο της γεωμετρικής σκιάς. Σε αυτήν την περίπτωση
, έτσι ώστε να μην υπάρχει φωτεινό σημείο στο κέντρο και ο φωτισμός στην περιοχή της γεωμετρικής σκιάς είναι σχεδόν παντού ίσος με μηδέν. Στην πραγματικότητα, το σχέδιο περίθλασης δεν παρατηρείται και η διάδοση του φωτός είναι ευθύγραμμη.

Περίθλαση Fraunhofer σε μία μόνο σχισμή.Αφήστε ένα επίπεδο μονοχρωματικό κύμα να προσπίπτει κάθετο στο επίπεδο μιας στενής σχισμής πλάτους ένα. Διαφορά οπτικής διαδρομής μεταξύ των ακραίων ακτίνων που προέρχονται από την υποδοχή σε μια ορισμένη κατεύθυνση 

.

Ας διαιρέσουμε το ανοιχτό τμήμα της επιφάνειας του κύματος στο επίπεδο της σχισμής σε ζώνες Fresnel, οι οποίες έχουν τη μορφή ζωνών ίσου μεγέθους παράλληλες προς τη σχισμή. Επειδή το πλάτος κάθε ζώνης επιλέγεται έτσι ώστε η διαφορά διαδρομής από τα άκρα αυτών των ζωνών να είναι ίση με
, τότε το πλάτος της υποδοχής θα ταιριάζει
ζώνες. Τα πλάτη των δευτερευόντων κυμάτων στο επίπεδο της σχισμής θα είναι ίσα, αφού οι ζώνες Fresnel έχουν το ίδιο εμβαδόν και έχουν την ίδια κλίση προς την κατεύθυνση παρατήρησης. Οι φάσεις των ταλαντώσεων από ένα ζεύγος γειτονικών ζωνών Fresnel διαφέρουν κατά , επομένως, το συνολικό πλάτος αυτών των ταλαντώσεων είναι ίσο με μηδέν.

Εάν ο αριθμός των ζωνών Fresnel είναι ζυγός, τότε

, (9α) και στο σημείο σιυπάρχει ελάχιστος φωτισμός (σκοτεινή περιοχή), αλλά αν ο αριθμός των ζωνών Fresnel είναι μονός, τότε

(9β) και παρατηρείται φωτισμός κοντά στο μέγιστο, που αντιστοιχεί στη δράση μιας ζώνης Fresnel χωρίς αντιστάθμιση. Στην κατεύθυνση
η σχισμή λειτουργεί ως ενιαία ζώνη Fresnel και ο μεγαλύτερος φωτισμός παρατηρείται προς αυτή την κατεύθυνση, σημείο αντιστοιχεί στο μέγιστο κεντρικό ή κύριο φωτισμό.

Ο υπολογισμός του φωτισμού ανάλογα με την κατεύθυνση δίνει

, (10) όπου είναι ο φωτισμός στη μέση του σχεδίου περίθλασης (κόντρα στο κέντρο του φακού), - φωτισμός σε σημείο, η θέση του οποίου καθορίζεται από την κατεύθυνση . Το γράφημα της συνάρτησης (10) φαίνεται στο σχ. Τα μέγιστα φωτεινότητας αντιστοιχούν στις τιμές του  που ικανοποιούν τις συνθήκες

,
,
και τα λοιπά. Αντί αυτών των συνθηκών για τα μέγιστα, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει περίπου τη σχέση (9b), η οποία δίνει κοντινές τιμές των γωνιών. Το μέγεθος των δευτερευόντων μεγίστων μειώνεται γρήγορα. Οι αριθμητικές τιμές των εντάσεων των κύριων και των επόμενων μεγίστων συσχετίζονται ως

κλπ., δηλ. ο κύριος όγκος της φωτεινής ενέργειας που μεταδίδεται μέσω της σχισμής συγκεντρώνεται στο κύριο μέγιστο.

Η στένωση της σχισμής οδηγεί στο γεγονός ότι το κεντρικό μέγιστο εξαπλώνεται και ο φωτισμός του μειώνεται. Αντίθετα, όσο ευρύτερη είναι η σχισμή, τόσο πιο φωτεινή είναι η εικόνα, αλλά τα κρόσσια περίθλασης είναι στενότερα και ο αριθμός των ίδιων των κροσσών είναι μεγαλύτερος. Στο
στο κέντρο, λαμβάνεται μια ευκρινής εικόνα της πηγής φωτός, δηλ. το φως διαδίδεται σε ευθεία γραμμή.

Είδος:Η φυσικη

Τάξη: 11 τάξεις.

Θέμα:Περίθλαση φωτός

Κύριο ερώτημα:Μπορεί το φως να κάμπτεται γύρω από εμπόδια και Πώς θα γινόταν αυτό.

Υπόθεση:

Το φως ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή και επομένως δεν μπορεί να παρακάμψει εμπόδια.

Στόχοι:

Η μελέτη των φαινομένων φωτός με το παράδειγμα της περίθλασης και η αναγνώριση των συνθηκών εμφάνισής της και των περιορισμών που επιβάλλει στην εφαρμογή των νόμων της γεωμετρικής οπτικής.

Καθήκοντα:

1. Να μελετήσει από τη θεωρία το φαινόμενο της περίθλασης, τις συνθήκες εμφάνισής της και τις συνθήκες υπό τις οποίες επιβάλλει περιορισμό στην εφαρμογή των νόμων της γεωμετρικής οπτικής.
2. Διεξαγωγή πειραμάτων που δείχνουν/εξηγούν ξεκάθαρα το φαινόμενο της περίθλασης.

Στάδια:

1. Εξοικειωθείτε με τη θεωρία και τις πληροφορίες στο Διαδίκτυο.
2. Πραγματοποιήστε μια διαβούλευση με καθηγητές φυσικής και αναλύστε βίντεο από πειράματα που είχαν βρεθεί προηγουμένως στο Διαδίκτυο.
3. Κάντε τα δικά σας πειράματα (πειράματα με χαρτί, με καρφίτσα και CD).
4. Αναλύστε τα αποτελέσματα.
5. Βγαζω συμπερασματα.

Τα αποτελέσματα της μελέτης της επιστημονικής βιβλιογραφίας

Περίθλασηφως ονομάζεται το φαινόμενο της απόκλισης του φωτός από την ευθύγραμμη κατεύθυνση διάδοσης όταν περνάει κοντά σε εμπόδια.

Όπως δείχνει η εμπειρία, υπό ορισμένες συνθήκες, το φως μπορεί να εισέλθει στην περιοχή μιας γεωμετρικής σκιάς.

Εάν ένα στρογγυλό εμπόδιο βρίσκεται στη διαδρομή μιας παράλληλης δέσμης φωτός (ένας στρογγυλός δίσκος, μια μπάλα ή μια στρογγυλή τρύπα σε μια αδιαφανή οθόνη), τότε εμφανίζεται ένα σχέδιο περίθλασης στην οθόνη που βρίσκεται σε αρκετά μεγάλη απόσταση από το εμπόδιο - σύστημα εναλλασσόμενων φωτεινών και σκούρων δακτυλίων.

Εάν το εμπόδιο είναι γραμμικό (σχισμή, σπείρωμα, άκρη οθόνης), τότε στην οθόνη εμφανίζεται ένα σύστημα κροσσών παράλληλης περίθλασης.

Τα φαινόμενα περίθλασης ήταν πολύ γνωστά ακόμη και στην εποχή του Νεύτωνα, αλλά αποδείχθηκε ότι ήταν αδύνατο να εξηγηθούν με βάση τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός. Η πρώτη ποιοτική εξήγηση του φαινομένου της περίθλασης με βάση τις κυματικές έννοιες δόθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα T. Jung.

Το φαινόμενο της περίθλασης επιβάλλει περιορισμούς στην εφαρμογή των νόμων της γεωμετρικής οπτικής:

Ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός εκπληρώνονται με αρκετή ακρίβεια μόνο εάν οι διαστάσεις των εμποδίων είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος του φωτός.

Η περίθλαση επιβάλλει ένα όριο στην ανάλυση των οπτικών οργάνων:

- στο μικροσκόπιο, κατά την παρατήρηση πολύ μικρών αντικειμένων, η εικόνα είναι θολή
- σε ένα τηλεσκόπιο, όταν παρατηρούμε αστέρια, αντί για εικόνα ενός σημείου, παίρνουμε ένα σύστημα φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων.

Ρύθμιση πειραμάτων:
ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΜΕ ΧΑΡΤΙ

Μπορείτε επίσης να δείτε τη διάθλαση του φωτός σε μια στρογγυλή τρύπα σε ένα φύλλο μαύρου χαρτιού.
Κάντε μια μεγάλη τρύπα, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια τρύπα. Στη συνέχεια, κάτω από τον μεγεθυντικό φακό, ένα ανοιχτόχρωμο περίγραμμα θα είναι ορατό κατά μήκος των άκρων του από το εξωτερικό. Μια ακτίνα φωτός που βγαίνει από μια μεγάλη τρύπα δεν έχει σχεδόν κανένα σχέδιο περίθλασης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μπορεί να αγνοηθεί καθόλου, υποθέτοντας ότι το φως διαδίδεται αποκλειστικά σε ευθεία γραμμή. Το σχέδιο περίθλασης μιας μικροσκοπικής τρύπας που τρυπιέται σε χαρτί με μια βελόνα είναι πολύ μεγαλύτερο από το ίδιο και μοιάζει με σύστημα δακτυλίων.

Σε αυτή την περίπτωση, η τρύπα λειτουργεί ως πηγή φωτός με μικρές γωνιακές διαστάσεις. Μπορεί να αντικατασταθεί από μια φωτεινή κουκκίδα οποιασδήποτε προέλευσης.

Λαμβάνοντας, για παράδειγμα, την αντανάκλαση του ήλιου σε μια σφαίρα από ένα ρουλεμάν που βρίσκεται σε μαύρο φόντο, μπορεί κανείς να δει ένα ξεχωριστό σχέδιο που αποτελείται από δακτυλίους, όπως η περίθλαση σε μια τρύπα.

Η αντανάκλαση του ήλιου στο μπαλόνι δεν είναι παρά η οπτικά μειωμένη εικόνα του! Έτσι, για παράδειγμα, σε μια μπάλα με διάμετρο 3 mm, βλέπουμε τον ήλιο όπως θα φαινόταν από έναν πολύ μακρινό πλανήτη. Επομένως, αστέρια που βρίσκονται πολύ πιο μακριά από εμάς εμφανίζονται μπροστά από το προσοφθάλμιο ενός συνηθισμένου τηλεσκοπίου ως μικροσκοπικές φωτεινές κουκκίδες, όταν μεγεθύνονται, μόνο τα σχήματα περίθλασής τους μπορούν να φανούν.

ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΜΕ ΜΙΑ ΠΙΝ

Μια συνηθισμένη καρφίτσα με δακτύλιο στερεώνεται σε ένα κομμάτι ξύλου και φωτίζεται από μια λάμπα φακού από απόσταση 1 - 1,5 μ. Αν κοιτάξετε την καρφίτσα από μεγεθυντικό φακό, το σχέδιο περίθλασης γίνεται καθαρά ορατό.

Με τον ίδιο τρόπο, η θέαση μικρών αντικειμένων μέσω μικροσκοπίου σε πολύ υψηλή μεγέθυνση καθιστά δυνατή την ξεκάθαρη θέαση των μοτίβων περίθλασής τους και συχνά μπερδεύονται με πραγματικές λεπτομέρειες, οδηγώντας μερικές φορές σε ψευδείς ανακαλύψεις.

Παραδείγματα περίθλασης στη φύση και στην καθημερινή ζωή:

Ένα λεπτό στρώμα σταγονιδίων νερού που καλύπτει τον ήλιο ή το φεγγάρι λειτουργεί ως πλέγμα περίθλασης. Το φωτιστικό φαίνεται να περιβάλλεται από ένα πολύχρωμο στέμμα (φωτοστέφανο του ουράνιου τόξου). Στην περίπτωση των βελονιδιών, παγωμένων νεφών, προκύπτει ένα διαφορετικό φαινόμενο: ένας στενός δακτύλιος μεγάλης ακτίνας γύρω από τον ήλιο ή τη σελήνη. Εμφανίζεται λόγω της διάθλασης του φωτός.

Αν κοιτάξετε τη φλόγα ενός κεριού μέσα από ένα θολό ποτήρι πασπαλισμένο με μια πολύ λεπτή σκόνη, τότε η φλόγα φαίνεται να περιβάλλεται από ένα ιριδίζον φωτοστέφανο.

Ένα ουράνιο τόξο εμφανίζεται κυρίως λόγω της διάθλασης και της ολικής ανάκλασης των ακτίνων του ήλιου σε σφαιρικές σταγόνες βροχής. Το ουράνιο τόξο αποτελείται από ένα φάσμα διατεταγμένο με τέτοιο τρόπο ώστε η εξωτερική πλευρά του ουράνιου τόξου να είναι χρωματισμένη με κόκκινο και η εσωτερική άκρη είναι μοβ. από την εξωτερική άκρη μέχρι το βιολετί είναι όλα τα άλλα χρώματα του φάσματος. Η ακτίνα του ημικυκλίου είναι ορατή σε γωνία θέασης 42,5º. Το δευτερεύον ουράνιο τόξο έχει μια εσωτερική ακτίνα που φαίνεται σε γωνία 51º και είναι χρωματισμένο κόκκινο στο εσωτερικό και μοβ στο εξωτερικό.

Συμπεράσματα:

1. Μετά τη μελέτη της θεωρίας και τη διεξαγωγή πειραμάτων, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι σε μέσα στα οποία η ταχύτητα του κύματος αλλάζει ομαλά (σε σύγκριση με το μήκος κύματος) από σημείο σε σημείο, η διάδοση μιας δέσμης κύματος είναι καμπυλόγραμμη.
2. Σε αυτήν την περίπτωση, το φωτεινό κύμα μπορεί επίσης να περιβάλλει το εμπόδιο, αλλά οι διαστάσεις του εμποδίου θα πρέπει να είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματός του, επομένως η υπόθεσή μας δεν ήταν σωστή.
3. Ανακαλύψαμε ότι το φαινόμενο της περίθλασης επιβάλλει περιορισμούς στην εφαρμογή των νόμων της γεωμετρικής οπτικής: ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός πληρούνται με αρκετή ακρίβεια μόνο εάν οι διαστάσεις των εμποδίων είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος του φωτός.

Η περίθλαση επιβάλλει ένα όριο στην ανάλυση των οπτικών οργάνων: σε ένα μικροσκόπιο, όταν παρατηρούνται πολύ μικρά αντικείμενα, η εικόνα είναι θολή. σε ένα τηλεσκόπιο, όταν παρατηρούμε αστέρια, αντί για εικόνα ενός σημείου, παίρνουμε ένα σύστημα φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων.

http://www.physics.ru Πύλη πληροφοριών για τη φυσική "PHYSICON"

https://ru.wikipedia.org/wiki/Diffraction "Wikipedia" - Εγκυκλοπαίδεια.

http://class-fizika.spb.ru/ "Cool! Physics - ενδιαφέρουσες σελίδες"

http://www.scienceforum.ru/ Επιστημονικό φόρουμ

Παρουσίαση

Περίθλασηείναι το κύμα γύρω από τα εμπόδια. Στην περίπτωση του φωτός ορισμός της περίθλασηςμπορεί να ακούγεται έτσι:

Περίθλαση - αυτές είναι τυχόν αποκλίσεις στη διάδοση των κυμάτων φωτός από τους νόμους της γεωμετρικής οπτικής, ειδικότερα, αυτή είναι η διείσδυση του φωτός στην περιοχή μιας γεωμετρικής σκιάς.

Μερικές φορές χρησιμοποιείται ένας ευρύτερος ορισμός:

Περίθλαση ονομάζεται ένα σύνολο φαινομένων που παρατηρούνται κατά τη διάδοση των κυμάτων σε ένα μέσο με έντονες ανομοιογένειες.

Κλασσικός παράδειγμα περίθλασης- το πέρασμα ενός σφαιρικού φωτεινού κύματος μέσα από μια μικρή στρογγυλή τρύπα, όταν στην οθόνη, αντί για έναν φωτισμένο κύκλο με σαφή όρια, υπάρχει ένας φωτεινός κύκλος με θολά όρια, διάστικτοι με εναλλασσόμενους σκοτεινούς και φωτεινούς δακτυλίους.

Αλλάζοντας τη διάμετρο της οπής, θα δούμε ότι η εικόνα στην οθόνη θα αλλάξει, συγκεκριμένα, θα εμφανιστεί και θα εξαφανιστεί ένα σκοτεινό σημείο στο κέντρο του φωτισμένου κύκλου. Αυτό το φαινόμενο εξηγήθηκε Fresnel. Χώρισε το μέτωπο του κύματος σε ζώνες έτσι ώστε οι αποστάσεις από τις γειτονικές ζώνες μέχρι το σημείο παρατήρησης να διαφέρουν κατά μισό μήκος κύματος. Τότε τα δευτερεύοντα κύματα που προέρχονται από γειτονικές ζώνες αλληλοεξουδετερώνονται. Επομένως, εάν τοποθετηθεί ζυγός αριθμός ζωνών στην τρύπα, τότε θα υπάρχει ένα σκοτεινό σημείο στο κέντρο του φωτισμένου κύκλου, εάν ένας περιττός αριθμός είναι φωτεινός.

Σχάρα περίθλασης- Πρόκειται για μια οπτική συσκευή, η οποία είναι μια πλάκα στην οποία εφαρμόζεται ένας μεγάλος αριθμός διαδρομών σε τακτά χρονικά διαστήματα. Αντί για εγκεφαλικά επεισόδια στην πλάκα, μπορεί να υπάρχουν τακτικά τοποθετημένες σχισμές ή αυλακώσεις ή προεξοχές.

Το σχέδιο περίθλασης που λαμβάνεται σε τέτοιες περιοδικές δομές έχει τη μορφή εναλλασσόμενων μεγίστων και ελάχιστων διαφόρων εντάσεων. υλικό από τον ιστότοπο

Τα πλέγματα περίθλασης χρησιμοποιούνται σε φασματικά όργανα. Σκοπός τους είναι να μελετήσουν τη φασματική σύνθεση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Για την εργασία στην υπεριώδη περιοχή, χρησιμοποιούνται σχάρες, στις οποίες υπάρχουν 3600-1200 κτυπήματα ανά 1 mm, στο ορατό - 1200-600 πινελιές / mm, στο υπέρυθρο - 300 ή λιγότερες κινήσεις / mm. Για τα εξαιρετικά σύντομα κύματα ακτίνων Χ, το πλέγμα περίθλασης δημιουργήθηκε από τη φύση - αυτό είναι το κρυσταλλικό πλέγμα των στερεών.

Τα κύματα με μεγαλύτερο μήκος περιθλάσσονται περισσότερο, επομένως όταν περνούν μέσα από ένα εμπόδιο, οι κόκκινες ακτίνες αποκλίνουν περισσότερο από την ευθεία πορεία παρά οι μπλε. Όταν το λευκό φως πέφτει σε ένα πρίσμα, οι ακτίνες εκτρέπονται με την αντίστροφη σειρά ως αποτέλεσμα της διασποράς. Η ταχύτητα του φωτός των κόκκινων ακτίνων στο γυαλί είναι μεγαλύτερη και, κατά συνέπεια, ο δείκτης διάθλασης είναι μικρότερος από αυτόν των μπλε ακτίνων. Ως αποτέλεσμα, οι κόκκινες ακτίνες αποκλίνουν λιγότερο από την αρχική κατεύθυνση.