Прикладом дифракції світла може бути. Дослідження явища дифракції світла. Як проявляється дифракція світла

ВИЗНАЧЕННЯ

Дифракція- обгинання перешкод хвилею.

Так як світло - це сукупність хвиль, то, як і будь-яка хвиля, вона піддається дифракції. Але так як довжина світла дуже мала, він може відхилятися від прямолінійного поширення на відчутні кути, тільки якщо розміри перешкод порівняні з довжинами хвиль, тобто дуже малі.

Більше загальне визначення дифракції світла дають так. Дифракція світла - це пакет явищ, пов'язаних із хвильовою природою світла, які можна спостерігати при його поширенні в речовині з вираженими неоднорідностями. Експериментами, що демонструють явище дифракції світла, є: відхилення світла від прямолінійного поширення при проходженні крізь отвори в непрозорих екранах, огинання меж непрозорих тіл.

Суворе вирішення хвильових рівнянь під час розгляду завдань дифракції становить досить складну проблему. Тому часто використовують наближені методи рішень.

Явище дифракції накладає межі на застосування законів геометричної оптики і визначає межу роздільної здатності оптичних приладів.

Теорія Френеля

О. Френель доповнив принцип Гюйгенса ідеєю вторинних хвиль та побудував кількісну теорію дифракції. Він досліджував різні варіанти дифракції експериментально та створив кількісну теорію, яка дає можливість кількісно охарактеризувати картину дифракції, яка виникає, якщо світлова хвиля огинає будь-яку перешкоду. Основою теорії Френеля стало положення про те, що хвильова поверхня в довільний момент часу є не тільки загальним вторинних хвиль, а є результатом їх інтерференції. Це становище називають принципом Гюйгенса - Френеля.

Відповідно до теорії Френеля, для обчислення амплітуди хвилі світла в довільній точці простору слід теоретично оточити джерело світла замкненою поверхнею. Накладання хвиль від вторинних джерел, що знаходяться на отриманій поверхні, визначатимуть амплітуду в досліджуваній точці простору. Або, інакше кажучи, поза вигаданою поверхнею, що реально розповсюджується хвиля може бути замінена сукупністю когерентних фіктивних вторинних хвиль, які інтерферують.

У деяких завданнях дифракції, що мають осьову симетрію, розрахунок інтерференції вторинних хвиль спрощують за допомогою геометричного методу, в якому фронт хвилі розбивається на ділянки - кільця. Ці ділянки називають зонами Френеля. Процедура розбиття на зони ведеться так, що оптична різниця ходу від подібних кордонів від кожної пари сусідніх зон до точки розгляду дорівнювала половині довжини хвилі. При цьому вторинні хвилі від подібних точок пари сусідніх зон приходять до точки розгляду, володіючи протилежними фазами, отже, послаблюють один одного, коли відбувається їхнє накладення.

Радіус зони Френеля номер n () дорівнює:

де a - відстань від джерела світла до отвору в непрозорому екрані; b – відстань від отвору до точки спостереження.

Дифракційні грати

На явище дифракції засновано влаштування дифракційної решітки. Вона є сукупністю вузьких щілин, які поділяють вузькі непрозорі проміжки. Величини кутів (), які виходять при направленні на максимуми спектра дифракції, що виникають при використанні дифракційної решітки, визначені виразом:

де d – період решітки. За допомогою дифракційної решітки біле світло розкладається у спектр. За її допомогою можна обчислювати довжину хвилі світла.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання	Яка відстань від отвору до точки спостереження (b), якщо отвір відкриває три зони Френеля? При цьому точкове джерело світла знаходиться на відстані a = 1 м до діафрагми з круглим радіусом отвором 1 мм (рис.1), м.
Рішення	Розглянемо прямокутний трикутник SCB. Для нього: При цьому зрозуміло, що довжина хвилі світла () набагато менша, ніж відстані a і . Для іншого трикутника (ВСА), маємо: Прирівняємо праві частини виразів (1.1) і (1.2), врахуємо, що маємо: Підставимо праву частину виразу (1.3) замість x у формулу (1.1), отримаємо: Величиною можна знехтувати порівняно з . Можна вважати, що: Виразимо з (1.5) шукану величину b, маємо: Проведемо обчислення:
Відповідь	м

ПРИКЛАД 2

Завдання	На дифракційну решітку, період якої дорівнює м, нормально падає монохроматична хвиля, чому дорівнює довжина хвилі, якщо кут між спектрами першого та другого порядків становив .
Рішення	Як основу для вирішення задачі використовуємо умову максимумів спектра дифракційної решітки: Так як у нас розглядаються спектри першого та другого порядків, то формула (2.1) дасть такі вирази:

Визначення 1

Дифракцією світла називається явище відхилення світла від прямолінійного напряму поширення під час проходження поблизу перешкод.

У класичній фізиці явище дифракції описується як інтерференція хвилі відповідно до принципу Гюйгенса-Френеля. Ці характерні моделі поведінки виявляються, коли хвиля зустрічає перешкоду чи щілину, яка можна порівняти за розмірами з її довжиною хвилі. Подібні ефекти виникають, коли світлова хвиля проходить через середовище зі змінним показником заломлення, або коли звукова хвиля проходить через середовище зі зміною акустичного імпедансу. Дифракція відбувається з усіма видами хвиль, у тому числі звуковими хвилями, вітровими хвилями та електромагнітними хвилями, а також з видимим світлом, рентгенівськими променями та радіохвилями.

Оскільки фізичні об'єкти мають хвильові властивості (на атомному рівні), дифракція походить також із речовинами і може бути вивчена відповідно до принципів квантової механіки.

Приклади

Ефекти дифракції часто зустрічаються у повсякденному житті. Найбільш яскравими прикладами дифракції є ті, що пов'язані зі світлом; наприклад, близько розташовані доріжки на CD або DVD дисках виступають як дифракційні грати. Дифракція в атмосфері дрібних частинок може призвести до яскравого кільця, яке видно біля яскравого джерела світла, як-от сонце або місяць. Спекл, який спостерігається, коли лазерний промінь падає на оптично нерівну поверхню також є дифракцією. Всі ці ефекти є наслідком того, що світло поширюється у вигляді хвилі.

Зауваження 1

Дифракція може статися будь-яким видом хвилі.

Океанські хвилі розсіюють навколо пристаней та інших перешкод. Звукові хвилі можуть переломлюватись навколо об'єктів, тому можна почути, що хтось кличе, навіть коли він ховається за деревом.

Історія

Ефекти дифракції світла були добре відомі за часів Ґрімальді Франческо Марії, який також запровадив термін дифракції. Результати, отримані, Гримальді були опубліковані посмертно в $1665. Томас Юнг провів знаменитий експеримент у $1803$ році, демонструючи інтерференцію від двох близько розташованих щілин. Пояснюючи свої результати за допомогою інтерференції хвиль, що виходять від двох різних щілин, він зробив висновок, що світло має поширюватися у вигляді хвиль. Френель зробив більш точні дослідження та розрахунки дифракції, які були опубліковані в $1815$. В основу своєї теорії Френель використовує визначення світла, розроблене Християном Гюйгенсом, доповнивши його ідеєю про інтерференцію вторинних хвиль. Експериментальне підтвердження теорії Френеля стало одним із головних доказів хвильової природи світла. У цей час ця теорія відома як принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракція світла

Дифракція на щілини

Довга щілина нескінченно малої ширини, яка освітлюється світлом, переломлює світло в серію кругових хвиль і хвильовий фронт, який виходить із щілини і є циліндричною хвилею однорідної інтенсивності. Щілина, яка ширша, ніж довжина хвилі, виробляє ефекти інтерференції в просторі на виході зі щілини. Їх можна пояснити тим, що щілина поводиться так, ніби вона має велику кількість точкових джерел, які рівномірно розподілені по всій ширині щілини. Аналіз цієї системи полегшується, якщо розглядати світло однієї довжини хвилі. Якщо падаюче світло є когерентним, всі ці джерела мають однакову фазу.

Дифракційні грати

Дифракційна решітка є оптичним компонентом з періодичною структурою, який розщеплює і дифрагує світло на кілька променів, що поширюються в різних напрямках.

Світло, дифраговане на решітці визначається шляхом підсумовування світла, дифрагованого від кожного з елементів, і по суті є згорткою дифракційних та інтерференційних картин.

Л3 -4

Дифракція світла

Дифракцією називається огинання хвилями перешкод, що трапляються з їхньої шляху, чи ширшому сенсі – будь-яке відхилення поширення хвиль поблизу перешкод законів геометричної оптики. Завдяки дифракції хвилі можуть потрапляти в область геометричної тіні, огинати перешкоди, проникати через невеликий отвір у екранах тощо.

Між інтерференцією та дифракцією немає суттєвої фізичної відмінності. Обидва явища полягають у перерозподілі світлового потоку внаслідок накладання (суперпозиції) хвиль. З історичних причин відхилення від закону незалежності світлових пучків, що виникає в результаті суперпозиції когерентних хвиль, називається інтерференцією хвиль. Відхилення від закону прямолінійного поширення світла, своєю чергою, прийнято називати дифракцією хвиль.

Спостереження дифракції здійснюється зазвичай за такою схемою. На шляху світлової хвилі, що розповсюджується від деякого джерела, міститься непрозора перешкода, що закриває частину хвильової поверхні світлової хвилі. За перешкодою розташовується екран, де виникає дифракційна картина.

Розрізняють два види дифракції. Якщо джерело світла Sта точка спостереження Pрозташовані від перешкоди настільки далеко, що промені, що падають на перешкоду, і промені, що йдуть у крапку P, утворюють практично паралельні пучки, говорять про дифракції у паралельних променяхабо про дифракції Фраунгофера. В іншому випадку говорять про дифракції Френеля. Дифракцію Фраунгофера можна спостерігати, помістивши за джерелом світла Sта перед точкою спостереження Pпо лінзі так, щоб точки Sі Pопинилися у фокальній площині відповідної лінзи (рис.).

Принципово дифракція Фраунгофера відрізняється від дифракції Френеля. Кількісний критерій, що дозволяє встановити, який вид дифракції має місце, визначається величиною безрозмірного параметра , де b– характерний розмір перешкоди, l– відстань між перешкодою та екраном, на якому спостерігається дифракційна картина,  – довжина хвилі. Якщо

Явище дифракції якісно пояснюється з допомогою принципу Гюйгенса, згідно з яким кожна точка, до якої доходить хвиля, служить центром вторинних хвиль, а обігає хвиль задає положення хвильового фронту в наступний момент часу. Для монохроматичної хвилі хвильова поверхня є поверхнею, на якій коливання відбуваються в однаковій фазі.

Нехай плоска хвиля нормально падає на отвір у непрозорому екрані (мал.). Відповідно до Гюйгенсу, кожна точка виділяється отвором ділянки хвильового фронту є джерелом вторинних хвиль (в ізотропному середовищі вони сферичні). Побудувавши огинаючу вторинних хвиль на деякий час, бачимо, що фронт хвилі входить у область геометричної тіні, тобто. огинає краї отвору.

Принцип Гюйгенса вирішує лише завдання напрямі поширення хвильового фронту, але не торкається питання амплітуді, отже, і інтенсивності на фронті хвилі. З повсякденного досвіду відомо, що у більшості випадків промені світла не відхиляються від їхнього прямолінійного поширення. Так, предмети, освітлені точковим джерелом світла, дають різку тінь. Таким чином, принцип Гюйгенса потребує доповнення, що дозволяє визначати інтенсивність хвилі.

Френель доповнив принцип Гюйгенса ідеєю інтерференції вторинних хвиль. Згідно принципом Гюйгенса-Френеля, світлова хвиля, що збуджується будь-яким джерелом S, може бути представлена ​​як результат суперпозиції когерентних вторинних хвиль, випромінюваних малими елементами деякої замкнутої поверхні, що охоплює джерело S. Зазвичай як ця поверхня вибирають одну з хвильових поверхонь, тому джерела вторинних хвиль діють синфазно. В аналітичному вигляді для точкового джерела цей принцип записується як

, (1) де E– світловий вектор, що включає тимчасову залежність
, k- хвильове число, r- Відстань від точки P на поверхні Sдо точки P, K- Коефіцієнт, що залежить від орієнтації майданчика по відношенню до джерела і точки P. Правомірність формули (1) та вид функції Kвстановлюється у межах електромагнітної теорії світла (в оптичному наближенні).

У тому випадку, коли між джерелом Sта точкою спостереження Pє непрозорі екрани з отворами, дія цих екранів може бути враховано в такий спосіб. На поверхні непрозорих екранів амплітуди вторинних джерел вважаються рівними нулю; в області отворів амплітуди джерел такі ж, як за відсутності екрана (назва Кирхгофа).

Метод зон Френеля.Врахування амплітуд і фаз вторинних хвиль дозволяє в принципі знайти амплітуду результуючої хвилі в будь-якій точці простору і вирішити задачу про поширення світла. У випадку розрахунок інтерференції вторинних хвиль за формулою (1) досить складний і громіздкий. Однак ряд завдань можна вирішити, застосувавши надзвичайно наочний прийом, який замінює складні обчислення. Метод цей отримав назву методу зон Френеля.

Суть методу розберемо з прикладу точкового джерела світла S. Хвильові поверхні являють собою в цьому випадку концентричні сфери з центром S. Розіб'ємо зображену на малюнку хвильову поверхню на кільцеві зони, побудовані так, що відстані від країв кожної зони до точки Pвідрізняються на
. Зони, що мають таку властивість, називаються зонами Френеля. З рис. видно, що відстань від зовнішнього краю – m-ї зони до точки Pодно

, де b- Відстань від вершини хвильової поверхні Oдо точки P.

Коливання, що приходять у крапку Pвід аналогічних точок двох сусідніх зон (наприклад, точок, що лежать у середині зон або зовнішніх країв зон), знаходяться в протифазі. Тому коливання від сусідніх зон взаємно послаблюватимуть один одного і амплітуда результуючого світлового коливання в точці P

, (2) де , , ... - Амплітуди коливань, що збуджуються 1-й, 2-й, ... зонами.

Для оцінки амплітуд коливань знайдемо площу зон Френеля. Нехай зовнішній кордон m-ї зони виділяє на хвильовій поверхні сферичний сегмент висоти . Позначивши площу цього сегмента через , знайдемо, що, площа m-ї зони Френеля дорівнює
. З малюнка видно, що . Після нескладних перетворень, враховуючи
і
, отримаємо

. Площа сферичного сегменту та площа m-ї зони Френеля відповідно дорівнюють

,
. (3) Таким чином, при не дуже великих mплощі зон Френеля однакові. Згідно з припущенням Френеля, дія окремих зон у точці Pтим менше, чим більший кут між нормаллю n до поверхні зони та напрямком на P, тобто. дія зон поступово зменшується від центральної до периферійних. Крім того, інтенсивність випромінювання в напрямку точки Pзменшується зі зростанням mі внаслідок збільшення відстані від зони до точки P. Таким чином, амплітуди коливань утворюють монотонно спадну послідовність.

Загальна кількість зон Френеля, що уміщаються на півсфері, дуже велика; наприклад, при
і
число зон досягає ~10 6 . Це означає, що амплітуда зменшується дуже повільно і тому можна приблизно вважати

. (4) Тоді вираз (2) після перегрупування підсумовується

, (5) оскільки вирази в дужках, згідно з (4), дорівнюють нулю, а внесок останнього доданку мізерно малий. Таким чином, амплітуда результуючих коливань у довільній точці Pвизначається як половинною дією центральної зони Френеля.

При не дуже великих mвисота сегмента
тому можна вважати, що
. Підставивши значення для , отримаємо для радіусу зовнішнього кордону m-ї зони

. (6) При
і
радіус першої (центральної) зони
. Отже, поширення світла від Sдо Pвідбувається так, якби світловий потік йшов усередині дуже вузького каналу вздовж SP, тобто. прямолінійно.

Правомірність поділу хвильового фронту на зони Френеля підтверджена експериментально. Для цього використовуються зонна пластинка - у найпростішому випадку скляна пластинка, що складається з системи прозорих і непрозорих концентричних кілець, що чергуються, з радіусами зон Френеля заданої конфігурації. Якщо помістити зонну платівку в певному місці (на відстані aвід точкового джерела та на відстані bвід точки спостереження), то результуюча амплітуда буде більшою, ніж при повністю відкритому хвильовому фронті.

Дифракція Френеля на круглому отворі.Дифракція Френеля спостерігається на кінцевій відстані від перешкоди, що спричинив дифракцію, в даному випадку екрана з отвором. Сферична хвиля, що поширюється від точкового джерела Sзустрічає на своєму шляху екран з отвором. Дифракційна картина спостерігається на екрані, паралельному екрану з отвором. Її вигляд залежить від відстані між отвором та екраном (для даного діаметра отвору). Простіше визначити амплітуду світлових коливань у центрі картини. Для цього розіб'ємо відкриту частину хвильової поверхні на зони Френеля. Амплітуда коливання, що збуджується всіма зонами, дорівнює

, (7) де знак плюс відповідає непарним mта мінус – парним m.

Коли отвір відкриває непарне число зон Френеля, то амплітуда (інтенсивність) у центральній точці буде більшою, ніж при вільному поширенні хвилі; якщо парне то амплітуда (інтенсивність) дорівнюватиме нулю. Наприклад, якщо отвір відкриває одну зону Френеля, амплітуда
, то інтенсивність (
) більше вчетверо.

Розрахунок амплітуди коливання на внеосьових ділянках екрана складніший, оскільки відповідні зони Френеля частково перекриваються непрозорим екраном. Якісно ясно, що дифракційна картина матиме вигляд темних і світлих кілець, що чергуються, із загальним центром (якщо mпарне, то в центрі буде темне кільце, якщо mнепарна – та світла пляма), причому інтенсивність у максимумах зменшується з відстанню від центру картини. Якщо отвір висвітлюється не монохроматичним світлом, а білим, то кільця пофарбовані.

Розглянемо граничні випадки. Якщо отвір відкриває лише частину центральної зони Френеля, на екрані виходить розмита світла пляма; чергування світлих і темних кілець у разі немає. Якщо отвір відкриває велику кількість зон, то
та амплітуда в центрі
, тобто. така сама, як і при повністю відкритому хвильовому фронті; чергування світлих і темних кілець відбувається лише у дуже вузькій області межі геометричної тіні. Фактично дифракційна картина немає, і поширення світла, власне, є прямолінійним.

Дифракція Френеля на дискуСферична хвиля, що поширюється від точкового джерела Sзустрічає на своєму шляху диск (мал.). Дифракційна картина, що спостерігається на екрані, є центрально-симетричною. Визначимо амплітуду світлових коливань у центрі. Нехай диск закриває mперших зон Френеля. Тоді амплітуда коливань дорівнює

Або
, (8) оскільки вирази, що стоять у дужках, дорівнюють нулю. Отже, у центрі завжди спостерігається дифракційний максимум (світла пляма), що відповідає половині дії першої відкритої зони Френеля. Центральний максимум оточений концентричними з ним темними та світлими кільцями. При невеликій кількості закритих зон амплітуда
мало відрізняється від . Тому інтенсивність у центрі буде майже така сама, як за відсутності диска. Зміна освітленості екрану з відстанню від центру картини зображено на рис.

Розглянемо граничні випадки. Якщо диск закриває лише невелику частину центральної зони Френеля, він зовсім не відкидає тіні – освітленість екрану всюди залишається такою самою, як за відсутності диска. Якщо диск закриває багато зон Френеля, чергування світлих і темних кілець спостерігається лише у вузькій області межі геометричної тіні. У цьому випадку
, Отже світла пляма у центрі відсутня, і освітленість у сфері геометричної тіні практично всюди дорівнює нулю. Фактично дифракційна картина немає, і поширення світла є прямолінійним.

Дифракція Фраунгофера однією щілини.Нехай плоска монохроматична хвиля падає нормально площині вузької щілини шириною a. Оптична різниця ходу між крайніми променями, що йдуть від щілини в деякому напрямку 

.

Розіб'ємо відкриту частину хвильової поверхні в площині щілини на зони Френеля, що мають вигляд рівновеликих смуг, паралельних щілини. Так як ширина кожної зони вибирається такою, щоб різниця ходу від країв цих зон дорівнювала
, то на ширині щілини вміститься
зон. Амплітуди вторинних хвиль у площині щілини дорівнюватимуть, оскільки зони Френеля мають однакові площі і однаково нахилені до напрямку спостереження. Фази коливань від пари сусідніх зон Френеля відрізняються на , тому сумарна амплітуда цих коливань дорівнює нулю.

Якщо число зон Френеля парне, то

, (9а) та у точці Bспостерігається мінімум освітленості (темна ділянка), якщо число зон Френеля непарне, то

(9б) та спостерігається близька до максимуму освітленість, що відповідає дії однієї некомпенсованої зони Френеля. У напрямку
щілина діє, як одна зона Френеля, і в цьому напрямі спостерігається найбільша освітленість, точці відповідає центральний чи головний максимум освітленості.

Розрахунок освітленості в залежності від напрямку дає

, (10) де – освітленість у середині дифракційної картини (проти центру лінзи), – освітленість у точці, положення якої визначається напрямом . Графік функції (10) зображено на рис. Максимуми освітленості відповідають значенням , які відповідають умовам

,
,
і т.д. Замість цих умов для максимумів приблизно можна користуватися співвідношенням (9б), що дає близькі значення кутів. Величина вторинних максимумів швидко зменшується. Чисельні значення інтенсивностей головного та наступних максимумів відносяться як

і т.д., тобто. основна частина світлової енергії, що пройшла через щілину, зосереджена в основному максимумі.

Звуження щілини призводить до того, що центральний максимум розпливається, яке освітленість зменшується. Навпаки, чим щілина ширша, тим картина яскравіша, але дифракційні смуги вже, а кількість самих смуг більша. При
у центрі виходить різке зображення джерела світла, тобто. має місце прямолінійне поширення світла.

Предмет:Фізика

Клас: 11 класи.

Тема:Дифракція світла

Основне питання:Чи може світло огинати перешкоди та як це відбуватиметься.

Гіпотеза:

Світло поширюється прямолінійно і, отже, обходити перешкоди не може.

Цілі:

Вивчення світлових явищ з прикладу дифракції та виявлення умов її виникнення та обмеження, які вона накладає застосування законів геометричної оптики.

Завдання:

1. Вивчити з теорії явище дифракції, умови її виникнення та умови за яких вона накладає обмеження застосування законів геометричної оптики.
2. Провести досліди, що наочно показують/пояснюють явище дифракції.

Етапи:

1. Ознайомитись з теорією та інформацією в мережі інтернет.
2. Провести консультацію у вчителів фізики та проаналізувати відео раніше знайдених дослідів у мережі інтернет.
3. Провести власні експерименти (досліди з папером, зі шпилькою та CD-диском).
4. Проаналізувати отримані результати.
5. Зробити висновки.

Результати вивчення наукової літератури

Дифракцієюсвітла називається явище відхилення світла від прямолінійного напряму поширення під час проходження поблизу перешкод.

Як показує досвід, світло за певних умов може заходити до області геометричної тіні.

Якщо на шляху паралельного світлового пучка розташована кругла перешкода (круглий диск, кулька або круглий отвір у непрозорому екрані), то на екрані, розташованому на досить великій відстані від перешкоди, з'являється дифракційна картина – система світлих і темних кілець, що чергуються.

Якщо перешкода має лінійний характер (щілина, нитка, край екрану), то екрані виникає система паралельних дифракційних смуг.

Дифракційні явища були добре відомі ще за часів Ньютона, але пояснити їх на основі корпускулярної теорії світла виявилося неможливим. Перше якісне пояснення явища дифракції з урахуванням хвильових уявлень було дано англійським ученим Т. Юнгом.

Явище дифракції накладає обмеження застосування законів геометричної оптики:

Закон прямолінійного поширення світла, закони відбиття і заломлення світла виконуються досить точно тільки, якщо розміри перешкод набагато більші за довжину світлової хвилі.

Дифракція накладає межу на роздільну здатність оптичних приладів:

- У мікроскопі при спостереженні дуже дрібних предметів зображення виходить розмитим
- У телескопі при спостереженні зірок замість зображення точки отримуємо систему світлих і темних смуг.

Постановка дослідів:
ДОСВІД З ПАПЕРОМ

Можна побачити дифракцію світла і на круглому отворі у аркуші чорного паперу.
Зробіть великий отвір, наприклад, за допомогою дірокола. Тоді під лупою буде видно легку кольорову облямівку по краях зовні. У променя світла, що виходить із великого отвору, дифракційна картина майже непомітна. Найчастіше її можна взагалі не враховувати, вважаючи, що світло поширюється виключно прямолінійно. Дифракційна картина крихітного отвору, проколотого в папері голкою, набагато більша, ніж вона сама, і виглядає як система кілець.

В цьому випадку отвір постає як джерело світла з малими кутовими розмірами. Його можна замінити точкою, що світиться, будь-якого походження.

Взявши, наприклад, відображення сонця в кульці від підшипника, що лежить на чорному тлі, можна побачити виразну картину, що складається з кілець, як дифракція на отворі.

Відображення сонця в кульці - не що інше, як його оптично зменшене зображення! Так, наприклад, у кульці діаметром 3 мм ми бачимо сонце таким, яким би воно бачилося з дуже далекої планети. Тому зірки, що знаходяться від нас набагато далі, постають перед окуляром звичайного телескопа як крихітні крапки, що світяться, при збільшенні яких можна бачити лише їх дифракційні картини.

ДОСВІД З БУЛАВКОЮ

Звичайна шпилька з кільцем укріплена на шматочку дерева і освітлена лампою кишенькового ліхтарі з відстані 1 - 1,5 м. Якщо на шпильку подивитися через лупу, то буде чітко видно дифракційну картину.

Так само розгляд дрібних предметів через мікроскоп з дуже великим збільшенням дозволяє чітко бачити їх дифракційні картини, і їх нерідко приймають за реальні деталі, що іноді призводило до хибних відкриттів.

Приклади дифракції в природі та в побуті:

Тонкий шар хмар з водяних крапельок, що закриває сонце або місяць, діє як дифракційна сітка. Світило здається оточеним різнобарвним вінцем (райдужним ореолом). У разі голчастих, крижаних хмар виходить інше явище: вузьке кільце великого радіусу навколо сонця чи місяця. Воно виникає внаслідок заломлення світла.

Якщо розглядати полум'я свічки через запотіле скло, посипане дуже дрібним порошком, то полум'я здається оточеним райдужним ореолом.

Веселка виникає в основному внаслідок заломлення та повного відображення сонячних променів у кулястих краплях дощу. Веселка складається із спектру, розташованого таким чином, що зовнішня сторона веселки забарвлена ​​у червоний колір, а внутрішній край – у фіолетовий колір; від зовнішнього краю до фіолетового розташовуються всі інші кольори спектра. Радіус півкола видно під кутом зору 42,5º. Побічна веселка має внутрішній радіус, видний під кутом 51º, і пофарбована зсередини в червоний колір, а зовні в фіолетовий.

Висновки:

1. Вивчивши теорію і провівши досліди, зробили висновок, що у середовищах, у яких швидкість хвилі плавно (проти довжиною хвилі) змінюється від точки до точки, поширення хвильового пучка є криволінійним.
2. При цьому світлова хвиля також може огинати перешкоду, але розміри перешкоди повинні бути порівняні з довгою її хвилі, отже, наша гіпотеза була не вірна.
3. Ми з'ясували, що явище дифракції накладає обмеження застосування законів геометричної оптики: закон прямолінійного поширення світла, закони відбиття і заломлення світла виконуються досить точно тільки, якщо розміри перешкод набагато більше довжини світлової хвилі.

Дифракція накладає межу на здатність оптичних приладів: у мікроскопі при спостереженні дуже дрібних предметів зображення виходить розмитим; у телескопі при спостереженні зірок замість зображення точки отримуємо систему світлих та темних смуг.

http://www.physics.ru Інформаційний портал про фізику «ФІЗИКОН»

https://ua.wikipedia.org/wiki/Дифракція «Вікіпедія» - Енциклопедія.

http://class-fizika.spb.ru/ «Класна фізика – цікаві сторінки»

http://www.scienceforum.ru/ Науковий форум

Презентація

Дифракція- Це обгинання хвилями перешкод. У випадку світла визначення дифракціїможе звучати так:

Диф-ракція - це будь-які відхилення у поширенні світлових хвиль від законів геометричної оптики, зокрема це проникнення світла в область геометричної тіні.

Іноді використовують ширше визначення:

Диф-ракцією називається сукупність явищ, які спостерігаються при поширенні хвиль у середовищі з різкими неоднорідностями.

Класичний приклад дифракції- Проходження сферичної світлової хвилі через маленьке кругле отвір, коли на екрані замість освітленого кола з чіткими межами спостерігається світле коло з розмитими межами, поцяткований темними і світлими кільцями, що чергуються.

Змінюючи діаметр отвору, ми побачимо, що картинка на екрані буде змінюватися, зокрема, в центрі освітленого кола з'являтиметься і зникатиме темна пляма. Пояснення цьому явищу дав Френель. Він розбив хвильовий фронт на зони так, що відстані від сусідніх зон до точки спостереження відрізняються на півдовжини хвилі. Тоді вторинні хвилі, що приходять від сусідніх зон, гасять один одного. Тому якщо в отворі міститься парне число зон, то в центрі освітленого кола буде темна пляма, якщо непарна світла.

Дифракційні грати- Це оптичний прилад, що являє собою пластину, на яку нанесена велика кількість регулярно розташованих штрихів. Замість штрихів на пластині можуть бути регулярно розташовані щілини, або канавки, або виступи.

Дифракційна картинка, що виходить на таких періодичних структурах, має вигляд максимумів, що чергуються, і мінімумів різної інтенсивності. Матеріал із сайту

Дифракційні грати використовують у спектральних приладах. Їхнє призначення — вивчення спектрального складу електромагнітного випромінювання. Для роботи в ультра-фіолетовій області застосовуються грати, у яких на 1 мм припадає 3600-1200 штрихів, у видимій - 1200-600 штрихів/мм, в інфрачервоній - 300 і менше штрихів/мм. Для ультракоротких рентгенівських хвиль дифракційну решітку створила природа - це кристалічна решітка твердих тіл.

Хвилі з більшою довжиною сильніше дифрагують, тому при проходженні перешкоди червоні промені більше відхиляються від прямолінійного шляху, ніж сині. При падінні білого світла на призму промені в результаті дисперсії відхиляються в зворотному порядку. Швидкість світла червоних променів у склі більше, а відповідно і коефіцієнт заломлення менше, ніж синіх. У результаті червоні промені менше відхиляються від первісного напрямку.