Contoh difraksi cahaya adalah Kajian fenomena difraksi cahaya. Bagaimana difraksi cahaya terwujud?
DEFINISI
Difraksi- membungkuk di sekitar rintangan dengan gelombang.
Karena cahaya adalah kumpulan gelombang, maka, seperti gelombang lainnya, cahaya juga mengalami difraksi. Tetapi karena panjang cahaya sangat kecil, ia hanya dapat menyimpang dari perambatan bujursangkar sebesar sudut nyata jika dimensi penghalang sebanding dengan panjang gelombangnya, yaitu sangat kecil.
Definisi difraksi cahaya yang lebih umum diberikan sebagai berikut. Difraksi cahaya adalah sekumpulan fenomena yang terkait dengan sifat gelombang cahaya, yang dapat diamati ketika ia merambat dalam suatu zat yang memiliki ketidakhomogenan yang nyata. Eksperimen yang menunjukkan fenomena difraksi cahaya adalah: penyimpangan cahaya dari rambat bujursangkar ketika melewati lubang pada layar buram, membelok di sekitar batas benda buram.
Penyelesaian persamaan gelombang yang tepat ketika mempertimbangkan masalah difraksi adalah masalah yang agak rumit. Oleh karena itu, metode solusi perkiraan sering digunakan.
Fenomena difraksi memberikan batasan pada penerapan hukum optik geometris dan menentukan batas resolusi instrumen optik.
teori Fresnel
O. Fresnel melengkapi prinsip Huygens dengan gagasan gelombang sekunder dan membangun teori difraksi kuantitatif. Dia menyelidiki berbagai varian difraksi secara eksperimental dan menciptakan teori kuantitatif yang memungkinkan untuk mengkarakterisasi secara kuantitatif pola difraksi yang terjadi jika gelombang cahaya melewati suatu rintangan. Dasar teori Fresnel adalah posisi bahwa permukaan gelombang pada waktu yang berubah-ubah bukan hanya selubung gelombang sekunder, tetapi merupakan hasil interferensinya. Posisi ini disebut prinsip Huygens-Fresnel.
Sesuai dengan teori Fresnel, untuk menghitung amplitudo gelombang cahaya pada titik sembarang di ruang angkasa, secara teoritis seseorang harus mengelilingi sumber cahaya dengan permukaan tertutup. Superposisi gelombang dari sumber sekunder yang berada pada permukaan yang dihasilkan akan menentukan amplitudo pada titik dalam ruang yang diteliti. Atau dengan kata lain, di luar permukaan imajiner, gelombang yang sebenarnya merambat dapat digantikan oleh sekumpulan gelombang sekunder fiktif koheren yang berinterferensi.
Pada beberapa soal difraksi yang mempunyai simetri aksial, perhitungan interferensi gelombang sekunder disederhanakan dengan menggunakan metode geometri dimana muka gelombang dibagi menjadi beberapa bagian – cincin. Daerah-daerah ini disebut zona Fresnel. Tata cara pembagian menjadi zona-zona dilakukan sedemikian rupa sehingga selisih jalur optik dari batas-batas serupa dari setiap pasangan zona tetangga ke titik pertimbangan sama dengan setengah panjang gelombang. Dalam hal ini, gelombang sekunder dari titik serupa dari sepasang zona tetangga datang ke titik pertimbangan, memiliki fase yang berlawanan, oleh karena itu, saling melemahkan ketika ditumpangkan.
Jari-jari zona Fresnel nomor n() sama dengan:
dimana a adalah jarak dari sumber cahaya ke lubang pada layar buram; b adalah jarak dari lubang ke titik pengamatan.
Kisi difraksi
Perangkat kisi difraksi didasarkan pada fenomena difraksi. Ini adalah kumpulan celah sempit yang memisahkan celah buram sempit. Nilai sudut (), yang diperoleh bila diarahkan ke maksimum spektrum difraksi, yang timbul bila menggunakan kisi difraksi, ditentukan oleh persamaan:
dimana d adalah periode kisi. Dengan bantuan kisi difraksi, cahaya putih didekomposisi menjadi suatu spektrum. Dapat digunakan untuk menghitung panjang gelombang cahaya.
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Berapa jarak lubang ke titik pengamatan (b) jika lubang tersebut memperlihatkan tiga zona Fresnel? Dalam hal ini, sumber cahaya titik terletak pada jarak a=1 m ke diafragma dengan lubang bundar berjari-jari 1 mm (Gbr. 1), m. |
| Larutan | Perhatikan segitiga siku-siku SCB. Untuk dia: Pada saat yang sama, jelas bahwa panjang gelombang cahaya () jauh lebih kecil dibandingkan jarak a dan . Untuk segitiga lainnya (BCA), kita mempunyai: Samakan ruas kanan ekspresi (1.1) dan (1.2), perhatikan bahwa , kita punya:
Kita substitusikan ruas kanan ekspresi (1.3) sebagai ganti x ke dalam rumus (1.1), kita peroleh: Nilainya dapat diabaikan jika dibandingkan dengan . Dapat dianggap bahwa:
Mari kita nyatakan dari (1.5) nilai b yang diinginkan, kita mendapatkan:
Mari kita lakukan perhitungan:
|
| Menjawab | M |
CONTOH 2
| Latihan | Gelombang monokromatik biasanya jatuh pada kisi difraksi dengan periode m, yang sama dengan panjang gelombang jika sudut antara spektrum orde pertama dan kedua adalah . |
| Larutan | Sebagai dasar penyelesaian masalah, kami menggunakan kondisi maksimum spektrum kisi difraksi: Karena kita mempertimbangkan spektrum orde pertama dan kedua, rumus (2.1) akan memberikan ekspresi berikut: |
Definisi 1
Difraksi cahaya adalah fenomena penyimpangan cahaya dari arah rambat bujursangkar ketika melewati dekat rintangan.
Dalam fisika klasik, fenomena difraksi digambarkan sebagai interferensi gelombang menurut prinsip Huygens-Fresnel. Pola perilaku karakteristik ini muncul ketika gelombang menemui hambatan atau celah yang ukurannya sebanding dengan panjang gelombangnya. Efek serupa terjadi ketika gelombang cahaya melewati media dengan indeks bias yang berubah, atau ketika gelombang suara melewati media dengan perubahan impedansi akustik. Difraksi terjadi pada semua jenis gelombang, termasuk gelombang suara, gelombang angin, dan gelombang elektromagnetik, serta cahaya tampak, sinar-X, dan gelombang radio.
Karena benda fisik memiliki sifat gelombang (pada tingkat atom), difraksi juga terjadi pada zat dan dapat dipelajari berdasarkan prinsip mekanika kuantum.
Contoh
Efek difraksi sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Contoh difraksi yang paling mencolok adalah yang berhubungan dengan cahaya; misalnya, trek yang berjarak dekat pada CD atau DVD berfungsi sebagai kisi difraksi. Difraksi partikel kecil di atmosfer dapat menghasilkan cincin terang yang terlihat di dekat sumber cahaya terang seperti matahari atau bulan. Bintik yang muncul ketika sinar laser mengenai permukaan optik yang tidak rata juga merupakan difraksi. Semua efek ini merupakan konsekuensi dari fakta bahwa cahaya merambat sebagai gelombang.
Catatan 1
Difraksi dapat terjadi pada gelombang apa pun.
Gelombang laut tersebar di sekitar dermaga dan rintangan lainnya. Gelombang suara dapat dibiaskan di sekitar benda, sehingga Anda dapat mendengar seseorang memanggil bahkan saat mereka bersembunyi di balik pohon.
Cerita
Efek difraksi cahaya sudah dikenal pada zaman Francesco Maria Grimaldi, yang juga menciptakan istilah difraksi. Hasil yang diperoleh Grimaldi dipublikasikan secara anumerta pada $1665. Thomas Young melakukan eksperimen terkenal pada $1803, yang menunjukkan interferensi dari dua celah yang berjarak dekat. Menjelaskan hasilnya dengan bantuan interferensi gelombang yang berasal dari dua celah berbeda, ia menyimpulkan bahwa cahaya harus merambat dalam bentuk gelombang. Fresnel melakukan studi dan perhitungan difraksi yang lebih akurat, yang diterbitkan pada $1815. Fresnel mendasarkan teorinya pada definisi cahaya yang dikembangkan oleh Christian Huygens, melengkapinya dengan gagasan interferensi gelombang sekunder. Konfirmasi eksperimental teori Fresnel telah menjadi salah satu bukti utama sifat gelombang cahaya. Teori ini sekarang dikenal dengan prinsip Huygens-Fresnel.
Difraksi cahaya
Difraksi Celah
Sebuah celah panjang yang lebarnya sangat kecil, yang disinari oleh cahaya, membiaskan cahaya menjadi serangkaian gelombang melingkar dan menjadi muka gelombang yang muncul dari celah tersebut dan merupakan gelombang silinder dengan intensitas seragam. Celah yang lebih lebar dari panjang gelombang menghasilkan efek interferensi pada ruang di pintu keluar celah. Hal ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa celah berperilaku seolah-olah memiliki sejumlah besar sumber titik, yang tersebar merata di seluruh lebar celah. Analisis sistem ini disederhanakan jika kita mempertimbangkan cahaya dengan panjang gelombang yang sama. Jika cahaya datang koheren, semua sumber mempunyai fasa yang sama.
Kisi difraksi
Kisi difraksi adalah komponen optik dengan struktur periodik yang membagi dan mendifraksi cahaya menjadi beberapa sinar yang merambat ke berbagai arah.
Cahaya yang didifraksi oleh kisi ditentukan dengan menjumlahkan cahaya yang didifraksi dari masing-masing elemen, dan pada dasarnya merupakan konvolusi pola difraksi dan interferensi.
L3 -4
Difraksi cahaya
Difraksi disebut pembengkokan gelombang di sekitar rintangan yang ditemui pada jalurnya, atau dalam arti yang lebih luas, setiap penyimpangan rambat gelombang di dekat rintangan dari hukum optik geometris. Karena difraksi, gelombang dapat memasuki daerah bayangan geometris, melewati rintangan, menembus lubang kecil di layar, dll.
Tidak ada perbedaan fisika yang signifikan antara interferensi dan difraksi. Kedua fenomena tersebut terdiri dari redistribusi fluks cahaya akibat superposisi (superposisi) gelombang. Karena alasan sejarah, penyimpangan dari hukum independensi berkas cahaya akibat superposisi gelombang koheren biasa disebut interferensi gelombang. Penyimpangan dari hukum perambatan cahaya bujursangkar, selanjutnya disebut difraksi gelombang.
Pengamatan difraksi biasanya dilakukan menurut skema berikut. Sebuah penghalang buram ditempatkan pada jalur gelombang cahaya yang merambat dari suatu sumber, menutupi sebagian permukaan gelombang gelombang cahaya. Di belakang penghalang terdapat layar dengan pola difraksi yang muncul.
Ada dua jenis difraksi. Jika sumber cahaya S dan titik observasi P letaknya jauh dari penghalang sehingga sinar datang pada penghalang dan sinar menuju ke suatu titik P, membentuk balok yang hampir sejajar, bicarakan difraksi pada berkas paralel atau tentang Difraksi Fraunhofer. Jika tidak, bicarakan Difraksi Fresnel. Difraksi Fraunhofer dapat diamati dengan menempatkannya di belakang sumber cahaya S dan di depan titik observasi P sepanjang lensa sehingga titik-titiknya S Dan P berada di bidang fokus lensa yang sesuai (Gbr.).
Pada dasarnya difraksi Fraunhofer tidak berbeda dengan difraksi Fresnel. Kriteria kuantitatif yang memungkinkan untuk menentukan jenis difraksi yang terjadi ditentukan oleh nilai parameter tak berdimensi , dimana B adalah ukuran karakteristik rintangan, aku adalah jarak antara penghalang dan layar tempat pola difraksi diamati, adalah panjang gelombang. Jika
Fenomena difraksi dijelaskan secara kualitatif dengan menggunakan prinsip Huygens, yang menyatakan bahwa setiap titik yang dijangkau gelombang berfungsi sebagai pusat gelombang sekunder, dan selubung gelombang ini menentukan posisi muka gelombang pada saat berikutnya. Untuk gelombang monokromatik, permukaan gelombang adalah permukaan tempat terjadinya osilasi dalam satu fasa.
Biarkan gelombang bidang biasanya jatuh pada lubang di layar buram (Gbr.). Menurut Huygens, setiap titik pada bagian muka gelombang yang dibedakan oleh lubang berfungsi sebagai sumber gelombang sekunder (dalam media isotropik berbentuk bola). Setelah membangun selubung gelombang sekunder untuk waktu tertentu, kita melihat bahwa muka gelombang memasuki wilayah bayangan geometris, yaitu. membungkus tepi lubang.
Prinsip Huygens hanya memecahkan masalah arah rambat muka gelombang, tetapi tidak mempengaruhi pertanyaan tentang amplitudo, dan akibatnya, intensitas pada muka gelombang. Diketahui dari pengalaman sehari-hari bahwa dalam banyak kasus sinar cahaya tidak menyimpang dari perambatan bujursangkarnya. Jadi, benda yang disinari oleh sumber cahaya titik memberikan bayangan yang tajam. Oleh karena itu, prinsip Huygens perlu dilengkapi, yang memungkinkan untuk menentukan intensitas gelombang.
Fresnel melengkapi prinsip Huygens dengan gagasan interferensi gelombang sekunder. Berdasarkan prinsip Huygens-Fresnel, gelombang cahaya yang dibangkitkan oleh suatu sumber S, dapat direpresentasikan sebagai hasil superposisi gelombang sekunder koheren yang dipancarkan oleh elemen kecil dari beberapa permukaan tertutup yang menutupi sumbernya. S. Biasanya salah satu permukaan gelombang dipilih sebagai permukaan ini, sehingga sumber gelombang sekunder bekerja secara sefase. Dalam bentuk analitis, untuk sumber titik, prinsip ini ditulis sebagai
, (1) dimana E adalah vektor cahaya, yang mencakup ketergantungan waktu 
,
k adalah bilangan gelombang, R- jarak dari titik P di permukaan S ke titik P, K- Koefisien tergantung pada orientasi situs terhadap sumber dan titik P. Validitas rumus (1) dan bentuk fungsinya K ditetapkan dalam kerangka teori elektromagnetik cahaya (dalam pendekatan optik).
Dalam hal antar sumber S dan titik pengamatan P terdapat layar buram berlubang, efek layar tersebut dapat diperhitungkan sebagai berikut. Pada permukaan layar buram, amplitudo sumber sekunder diasumsikan nol; di daerah lubang, amplitudo sumber sama dengan tidak adanya layar (yang disebut pendekatan Kirchhoff).
Metode zona Fresnel. Mempertimbangkan amplitudo dan fase gelombang sekunder memungkinkan, pada prinsipnya, untuk menemukan amplitudo gelombang yang dihasilkan di titik mana pun di ruang angkasa dan memecahkan masalah perambatan cahaya. Secara umum, perhitungan interferensi gelombang sekunder menurut rumus (1) agak rumit dan tidak praktis. Namun, sejumlah masalah dapat diselesaikan dengan menerapkan teknik visual yang menggantikan perhitungan rumit. Metode ini disebut metode Zona Fresnel.
Kami akan menganalisis esensi metode ini menggunakan contoh sumber cahaya titik S. Permukaan gelombang dalam hal ini adalah bola konsentris yang berpusat di S. Mari kita bagi permukaan gelombang yang ditunjukkan pada gambar menjadi zona annular yang dibangun sedemikian rupa sehingga jarak dari tepi setiap zona ke titik P berbeda menurut 
. Zona dengan properti ini disebut Zona Fresnel. Dari gambar. dapat dilihat bahwa jaraknya 
dari tepi luar M-zona ke intinya P sama
, Di mana B adalah jarak dari puncak permukaan gelombang HAI ke titik P.
Getaran mencapai suatu titik P dari titik serupa di dua zona yang bertetangga (misalnya, titik yang terletak di tengah zona atau di tepi luar zona) berada dalam antifase. Oleh karena itu, getaran dari zona tetangga akan saling melemahkan satu sama lain dan amplitudo getaran cahaya yang dihasilkan pada titik tersebut P
, (2) dimana 
,
, … adalah amplitudo osilasi yang tereksitasi oleh zona ke-1, ke-2, ….
Untuk memperkirakan amplitudo osilasi, kita mencari luas zona Fresnel. Biarkan batas luar M-zona memilih segmen ketinggian bola pada permukaan gelombang 
. Menunjukkan luas ruas ini melalui 
, temukan itu, area M zona Fresnel sama dengan 
. Dari gambar tersebut terlihat bahwa. Setelah transformasi sederhana, dengan mempertimbangkan 
Dan 
, kita mendapatkan
. Luas dan luas segmen bola M zona Fresnel masing-masing sama
,
. (3) Jadi, agar tidak terlalu besar M luas zona Fresnel adalah sama. Menurut asumsi Fresnel, aksi zona individu pada suatu titik P semakin kecil semakin besar sudutnya 
antara normal N
ke permukaan zona dan arah ke P, yaitu. aksi zona secara bertahap menurun dari pusat ke perifer. Selain itu, intensitas radiasi searah dengan titik tersebut P menurun seiring dengan pertumbuhan M dan karena peningkatan jarak dari zona ke titik P. Dengan demikian, amplitudo osilasi membentuk barisan yang menurun secara monoton
Jumlah total zona Fresnel yang terletak di satu belahan bumi sangat besar; misalnya kapan 
Dan 
jumlah zona mencapai ~10 6 . Ini berarti bahwa amplitudonya berkurang dengan sangat lambat dan oleh karena itu, kita dapat memperkirakannya
. (4) Kemudian ekspresi (2) setelah penataan ulang dijumlahkan
, (5) karena ekspresi dalam tanda kurung, menurut (4), sama dengan nol, dan kontribusi suku terakhir dapat diabaikan. Jadi, amplitudo osilasi yang dihasilkan pada suatu titik sembarang P ditentukan, seolah-olah, oleh setengah aksi dari zona Fresnel pusat.
Bila tidak terlalu besar M tinggi segmen 
, jadi kita bisa berasumsi begitu 
. Mengganti nilai untuk 
, kita peroleh jari-jari batas luar M zona ke-th
. (6) Kapan 
Dan 
radius zona pertama (tengah). 
. Oleh karena itu, perambatan cahaya dari S Ke P terjadi seolah-olah fluks cahaya masuk ke dalam saluran yang sangat sempit SP, yaitu. mudah.
Legitimasi pembagian muka gelombang menjadi zona Fresnel telah dikonfirmasi secara eksperimental. Untuk ini, pelat zona digunakan - dalam kasus paling sederhana, pelat kaca, yang terdiri dari sistem cincin konsentris transparan dan buram bergantian, dengan jari-jari zona Fresnel dengan konfigurasi tertentu. Jika Anda menempatkan pelat zona di tempat yang ditentukan secara ketat (di kejauhan A dari sumber titik dan jarak jauh B dari sudut pengamatan), maka amplitudo yang dihasilkan akan lebih besar dibandingkan dengan muka gelombang terbuka penuh.
Difraksi fresnel melalui lubang melingkar. Difraksi Fresnel diamati pada jarak tertentu dari penghalang yang menyebabkan difraksi, dalam hal ini layar berlubang. Gelombang bola merambat dari suatu sumber titik S, bertemu dengan layar yang berlubang. Pola difraksi diamati pada layar yang sejajar dengan layar berlubang. Tampilannya bergantung pada jarak antara lubang dan layar (untuk diameter lubang tertentu). Lebih mudah menentukan amplitudo getaran cahaya di tengah gambar. Untuk melakukan ini, kami membagi bagian terbuka dari permukaan gelombang menjadi zona Fresnel. Amplitudo osilasi yang tereksitasi oleh semua zona adalah sama
, (7) dimana tanda plus sama dengan ganjil M dan minus - genap M.
Bila lubang membuka zona Fresnel dalam jumlah ganjil, maka amplitudo (intensitas) di titik pusat akan lebih besar dibandingkan bila gelombang merambat bebas; jika genap maka amplitudo (intensitas) akan sama dengan nol. Misalnya, jika lubang membuka satu zona Fresnel, maka amplitudonya 
, maka intensitasnya ( 
) empat kali lebih banyak.
Perhitungan amplitudo osilasi di bagian luar sumbu layar lebih rumit, karena zona Fresnel yang sesuai sebagian tumpang tindih dengan layar buram. Jelas secara kualitatif bahwa pola difraksi akan berbentuk cincin gelap dan terang bergantian dengan pusat yang sama (jika M genap, maka akan ada cincin gelap di tengahnya, jika M ganjil - lalu titik terang), dan intensitas maksimumnya menurun seiring dengan jarak dari pusat gambar. Jika lubang disinari bukan dengan cahaya monokromatik, melainkan dengan cahaya putih, maka cincin tersebut akan diwarnai.
Mari kita pertimbangkan kasus batasnya. Jika lubang hanya memperlihatkan sebagian dari zona Fresnel pusat, titik terang yang menyebar diperoleh di layar; pergantian cincin terang dan gelap tidak terjadi dalam kasus ini. Jika lubang membuka sejumlah besar zona, maka 
dan amplitudo di tengah 
, yaitu. sama dengan muka gelombang terbuka penuh; pergantian cincin terang dan gelap hanya terjadi di area yang sangat sempit di perbatasan bayangan geometris. Faktanya, pola difraksi tidak teramati, dan perambatan cahaya sebenarnya bersifat bujursangkar.
Difraksi Fresnel pada disk. Gelombang bola merambat dari suatu sumber titik S, bertemu dengan disk dalam perjalanannya (Gbr.). Pola difraksi yang diamati pada layar adalah simetris terpusat. Mari kita tentukan amplitudo osilasi cahaya di pusat. Biarkan disk menutup M zona Fresnel pertama. Maka amplitudo osilasi sama dengan
Atau 
, (8) karena ekspresi dalam tanda kurung sama dengan nol. Akibatnya, difraksi maksimum (titik terang) selalu diamati di tengah, sesuai dengan setengah aksi zona Fresnel terbuka pertama. Maksimum pusat dikelilingi oleh cincin gelap dan terang yang konsentris dengannya. Dengan sejumlah kecil zona tertutup, amplitudonya 
sedikit berbeda dari 
. Oleh karena itu, intensitas di bagian tengah akan hampir sama dengan tidak adanya disk. Perubahan iluminasi layar dengan jarak dari pusat gambar ditunjukkan pada Gambar.
Mari kita pertimbangkan kasus batasnya. Jika disk hanya menutupi sebagian kecil dari zona Fresnel pusat, maka tidak menimbulkan bayangan sama sekali - pencahayaan layar tetap sama di mana pun seperti saat disk tidak ada. Jika piringan menutupi banyak zona Fresnel, pergantian cincin terang dan gelap hanya diamati di wilayah sempit di batas bayangan geometris. Pada kasus ini 
, sehingga tidak ada titik terang di tengahnya, dan iluminasi di wilayah bayangan geometris hampir di semua tempat sama dengan nol. Faktanya, pola difraksi tidak teramati, dan perambatan cahaya bersifat bujursangkar.
Difraksi Fraunhofer pada celah tunggal. Misalkan suatu bidang gelombang monokromatik datang tegak lurus terhadap bidang celah sempit yang lebarnya A. Perbedaan jalur optik antara sinar ekstrim yang datang dari celah dalam arah tertentu
.
Mari kita bagi bagian terbuka dari permukaan gelombang pada bidang slot menjadi zona Fresnel, yang berbentuk pita berukuran sama yang sejajar dengan slot. Karena lebar setiap zona dipilih sedemikian rupa sehingga perbedaan jalur dari tepi zona tersebut adalah sama 
, maka lebar slot akan pas 
zona. Amplitudo gelombang sekunder pada bidang celah akan sama, karena zona Fresnel mempunyai luas yang sama dan kemiringan yang sama terhadap arah pengamatan. Fase osilasi dari sepasang zona Fresnel yang berdekatan berbeda sebesar , oleh karena itu, amplitudo total osilasi ini sama dengan nol.
Jika jumlah zona Fresnel genap, maka
, (9a) dan pada intinya B penerangan minimal (area gelap), tetapi jika jumlah zona Fresnel ganjil, maka
(9b) dan iluminasi mendekati maksimum teramati, sesuai dengan aksi satu zona Fresnel tanpa kompensasi. Ke arah 
celah tersebut bertindak sebagai zona Fresnel tunggal, dan iluminasi terbesar diamati pada arah ini, titik 
sesuai dengan pencahayaan pusat atau utama maksimum.
Perhitungan iluminasi tergantung pada arah yang diberikan
, (10) dimana 
adalah iluminasi di tengah pola difraksi (terhadap bagian tengah lensa), 
- iluminasi pada suatu titik yang posisinya ditentukan oleh arah . Grafik fungsi (10) ditunjukkan pada gambar. Iluminasi maksimal sesuai dengan nilai yang memenuhi kondisi
,
,
dll. Alih-alih kondisi maksimum ini, kita dapat menggunakan relasi (9b), yang memberikan nilai sudut yang dekat. Besarnya maxima sekunder menurun dengan cepat. Nilai numerik dari intensitas maksimum utama dan maksimum selanjutnya dihubungkan sebagai
dll., yaitu. sebagian besar energi cahaya yang ditransmisikan melalui celah terkonsentrasi pada maksimum utama.
Penyempitan celah menyebabkan maksimum pusat menyebar, dan iluminasinya berkurang. Sebaliknya, semakin lebar celahnya, semakin terang gambarnya, namun pinggiran difraksinya semakin sempit, dan jumlah pinggirannya sendiri semakin banyak. Pada 
di tengah, diperoleh gambar tajam dari sumber cahaya, mis. cahaya merambat dalam garis lurus.
Barang: Fisika
Kelas: 11 kelas.
Subjek: Difraksi cahaya
Pertanyaan utama: Dapat dengan mudah melewati rintangan dan Bagaimana ini bisa terjadi.
Hipotesa:
Cahaya merambat lurus sehingga tidak dapat melewati rintangan.
Sasaran:
Studi tentang fenomena cahaya dengan menggunakan contoh difraksi dan identifikasi kondisi kemunculannya serta batasan-batasannya pada penerapan hukum optik geometris.
Tugas:
- Mempelajari fenomena difraksi dari teori, kondisi terjadinya dan kondisi yang membatasi penerapan hukum optik geometris.
- Melakukan percobaan yang secara jelas menunjukkan/menjelaskan fenomena difraksi.
Tahapan:
- Berkenalan dengan teori dan informasi di Internet.
- Melakukan konsultasi dengan guru fisika dan menganalisis video eksperimen yang ditemukan sebelumnya di Internet.
- Lakukan eksperimen Anda sendiri (eksperimen dengan kertas, dengan pin dan CD).
- Analisis hasilnya.
- Menarik kesimpulan.
Hasil kajian literatur ilmiah
Difraksi cahaya disebut fenomena penyimpangan cahaya dari arah rambat bujursangkar ketika melewati dekat rintangan.
Pengalaman menunjukkan, dalam kondisi tertentu, cahaya dapat memasuki wilayah bayangan geometris.
Jika suatu penghalang berbentuk bulat terletak pada jalur berkas cahaya paralel (cakram bundar, bola, atau lubang bundar pada layar buram), maka pola difraksi muncul pada layar yang terletak pada jarak yang cukup jauh dari penghalang - a sistem cincin terang dan gelap bergantian.
Jika hambatannya linier (celah, benang, tepi layar), maka sistem pinggiran difraksi paralel muncul di layar.
Fenomena difraksi sudah dikenal sejak zaman Newton, namun ternyata mustahil untuk menjelaskannya berdasarkan teori sel darah cahaya. Penjelasan kualitatif pertama tentang fenomena difraksi berdasarkan konsep gelombang diberikan oleh ilmuwan Inggris T. Jung.
Fenomena difraksi memberikan batasan pada penerapan hukum optik geometris:
Hukum perambatan cahaya bujursangkar, hukum pemantulan dan pembiasan cahaya dipenuhi dengan cukup akurat hanya jika dimensi rintangan jauh lebih besar daripada panjang gelombang cahaya.
Difraksi memberikan batasan pada resolusi instrumen optik:
- di mikroskop, saat mengamati benda yang sangat kecil, gambarnya buram
- di teleskop, saat mengamati bintang, alih-alih gambar suatu titik, kita mendapatkan sistem garis terang dan gelap.
Menyiapkan eksperimen:
PENGALAMAN DENGAN KERTAS
Anda juga dapat melihat difraksi cahaya pada lubang bundar di selembar kertas hitam.
Buatlah lubang yang besar, misalnya dengan menggunakan pelubang kertas. Kemudian, di bawah kaca pembesar, garis tepi berwarna terang akan terlihat di sepanjang tepinya dari luar. Sinar cahaya yang keluar dari lubang besar hampir tidak mempunyai pola difraksi. Dalam kebanyakan kasus, hal ini dapat diabaikan sama sekali, dengan asumsi bahwa cahaya merambat secara eksklusif dalam garis lurus. Pola difraksi lubang kecil yang ditusuk dengan jarum pada kertas jauh lebih besar dari dirinya sendiri dan tampak seperti sistem cincin.
Dalam hal ini, lubang berperan sebagai sumber cahaya dengan dimensi sudut kecil. Itu bisa diganti dengan titik bercahaya asal mana pun.
Misalnya, dengan mengambil pantulan matahari pada bola dari bantalan yang terletak pada latar belakang hitam, kita dapat melihat pola berbeda yang terdiri dari cincin, seperti difraksi pada lubang.
Pantulan matahari di dalam balon tidak lain hanyalah gambar yang diperkecil secara optik! Jadi, misalnya pada bola berdiameter 3 mm, kita melihat matahari seperti jika dilihat dari planet yang sangat jauh. Oleh karena itu, bintang-bintang yang jauh dari kita tampak di hadapan lensa mata teleskop biasa sebagai titik-titik kecil bercahaya, bila diperbesar, hanya pola difraksinya yang dapat dilihat.
PENGALAMAN DENGAN PIN
Sebuah peniti biasa yang berbentuk cincin dipasang pada sebatang kayu dan disinari dengan lampu senter dari jarak 1 - 1,5 m.Jika dilihat melalui kaca pembesar, pola difraksi menjadi terlihat jelas.
Dengan cara yang sama, mengamati benda-benda kecil melalui mikroskop dengan perbesaran yang sangat tinggi memungkinkan kita melihat dengan jelas pola difraksinya, dan sering kali disalahartikan sebagai detail sebenarnya, yang terkadang mengarah pada penemuan yang salah.
Contoh difraksi di alam dan kehidupan sehari-hari:
Lapisan tipis tetesan air yang menutupi matahari atau bulan berfungsi sebagai kisi difraksi. Sang termasyhur tampaknya dikelilingi oleh mahkota beraneka warna (rainbow halo). Dalam kasus awan es berbentuk jarum, fenomena berbeda terjadi: cincin sempit dengan radius besar mengelilingi matahari atau bulan. Hal ini terjadi karena pembiasan cahaya.
Jika Anda melihat nyala lilin melalui kaca berkabut yang ditaburi bubuk yang sangat halus, nyala api tersebut tampak dikelilingi oleh lingkaran cahaya warna-warni.
Pelangi terjadi terutama karena pembiasan dan pemantulan total sinar matahari pada tetesan air hujan berbentuk bola. Pelangi terdiri dari spektrum yang disusun sedemikian rupa sehingga sisi luar pelangi berwarna merah dan tepi dalam berwarna ungu; dari tepi luar hingga ungu adalah semua warna spektrum lainnya. Jari-jari setengah lingkaran terlihat pada sudut pandang 42,5º. Pelangi sekunder mempunyai jari-jari dalam yang terlihat pada sudut 51º dan berwarna merah di bagian dalam dan ungu di bagian luar.
Kesimpulan:
- Setelah mempelajari teori dan melakukan percobaan, kami menyimpulkan bahwa pada media yang kecepatan gelombangnya berubah secara halus (dibandingkan dengan panjang gelombang) dari titik ke titik, perambatan berkas gelombang bersifat lengkung.
- Dalam hal ini gelombang cahaya juga dapat mengelilingi penghalang, namun dimensi penghalang harus sebanding dengan panjang gelombangnya, oleh karena itu hipotesis kami tidak benar.
- Kami menemukan bahwa fenomena difraksi memberlakukan pembatasan pada penerapan hukum optik geometris: hukum perambatan cahaya bujursangkar, hukum pemantulan dan pembiasan cahaya dipenuhi dengan cukup akurat hanya jika dimensi rintangannya jauh lebih besar. daripada panjang gelombang cahaya.
Difraksi memberikan batasan pada resolusi instrumen optik: dalam mikroskop, ketika mengamati objek yang sangat kecil, gambar menjadi kabur; di teleskop, saat mengamati bintang, alih-alih menggambarkan suatu titik, kita mendapatkan sistem garis terang dan gelap.
http://www.physics.ru Portal informasi tentang fisika "FISIKON"
https://ru.wikipedia.org/wiki/Diffraction "Wikipedia" - Ensiklopedia.
http://class-fizika.spb.ru/ "Keren! Fisika - halaman menarik"
http://www.scienceforum.ru/ Forum ilmiah
Presentasi
Difraksi adalah gelombang di sekitar rintangan. Dalam hal cahaya definisi difraksi mungkin terdengar seperti ini:
Difraksi - ini adalah setiap penyimpangan dalam rambat gelombang cahaya dari hukum optik geometris, khususnya penetrasi cahaya ke dalam wilayah bayangan geometris.
Terkadang definisi yang lebih luas digunakan:
Difraksi disebut himpunan fenomena yang diamati selama rambat gelombang dalam medium dengan ketidakhomogenan yang tajam.
Klasik contoh difraksi- lewatnya gelombang cahaya berbentuk bola melalui lubang bundar kecil, ketika di layar, alih-alih lingkaran terang dengan batas yang jelas, yang ada adalah lingkaran cahaya dengan batas buram, dihiasi dengan cincin gelap dan terang bergantian.
Dengan mengubah diameter lubang, kita akan melihat bahwa gambar di layar akan berubah, khususnya titik gelap akan muncul dan menghilang di tengah lingkaran yang diterangi. Fenomena ini telah dijelaskan Fresnel. Dia membagi muka gelombang menjadi beberapa zona sehingga jarak dari zona tetangga ke titik pengamatan berbeda setengah panjang gelombang. Kemudian gelombang sekunder yang datang dari zona tetangga saling menghilangkan. Oleh karena itu, jika jumlah zona yang dimasukkan ke dalam lubang genap, maka akan terdapat titik gelap di tengah lingkaran yang diterangi, jika jumlah ganjil cerah.
Kisi difraksi- Ini adalah perangkat optik, yang merupakan pelat tempat diterapkannya sejumlah besar goresan dengan jarak teratur. Alih-alih guratan pada pelat, mungkin ada slot, atau alur, atau tonjolan yang berjarak teratur.
Pola difraksi yang diperoleh pada struktur periodik tersebut berbentuk maxima dan minima bergantian dengan berbagai intensitas. materi dari situs
Kisi difraksi digunakan dalam instrumen spektral. Tujuannya adalah untuk mempelajari komposisi spektral radiasi elektromagnetik. Untuk bekerja di wilayah ultraviolet, kisi-kisi digunakan, di mana terdapat 3600-1200 goresan per 1 mm, di wilayah terlihat - 1200-600 goresan / mm, dalam inframerah - 300 atau kurang goresan / mm. Untuk gelombang sinar-X ultrapendek, kisi difraksi diciptakan secara alami - ini adalah kisi kristal padatan.
Gelombang yang lebih panjang difraksi lebih besar, sehingga ketika melewati suatu rintangan, sinar merah lebih banyak menyimpang dari lintasan lurus dibandingkan sinar biru. Ketika cahaya putih jatuh pada prisma, sinarnya dibelokkan dalam urutan terbalik akibat dispersi. Kecepatan cahaya sinar merah dalam kaca lebih besar, dan karenanya, indeks biasnya lebih kecil dibandingkan dengan sinar biru. Akibatnya sinar merah semakin sedikit menyimpang dari arah aslinya.