În Lectura 2 am considerat fenomenele de redistribuire a intensității fluxului luminos ca urmare a suprapunerii valurilor. Acest fenomen am numit interferență și am considerat modelul de interferență din două surse. Această prelegere este o continuare directă a celei anterioare. Nu există o diferență fizică semnificativă între interferență și difracție. Ambele fenomene constau în redistribuirea fluxului luminos ca urmare a suprapunerii valurilor. Din motive istorice, redistribuirea intensității care rezultă din suprapunerea valurilor excitate de un număr finit de surse coerente discrete este de obicei numită interferență. Redistribuirea intensității care rezultă din suprapunerea valurilor excitate de surse coerente localizate în mod continuu este de obicei denumită difracție de undă. (Atunci când există puține surse, de exemplu.
În optica geometrică se utilizează conceptul de fascicul de lumină - un fascicul îngust de lumină care se propagă rectiliniu. ?? eynost propagarea rectilinie a luminii este explicată teoria newtoniană și este confirmată de prezența umbrelor din spatele sursei opace situată în direcția luminii de la sursa punct. Dar - o contradicție cu teoria undelor, tk. prin principiul Huygens, fiecare punct al câmpului de unde poate fi privit ca o sursă de valuri secundare care se propagă în toate direcțiile, inclusiv. și în zona umbrei geometrice a obstacolului (undele trebuie să înfrunte obstacolele). Cum poate fi o umbră? Teoria lui Huygens nu a putut da un răspuns. Dar teoria lui Newton nu a putut explica fenomenul de interferență și o încălcare a legii ?? eynogo propagarea rectilinie a luminii atunci când lumina trece printr-un fante destul de înguste și găuri, precum și în acoperirea barierelor mici netransparente. În aceste cazuri, ecranul instalat în spatele găuri sau obstacole, în loc de zone clar delimitate de lumină și umbră sistem de observat interferenta maxima si minime condițiile de iluminare. Chiar și pentru obstacolele și găurile care sunt mari, nu există o tranziție bruscă de la umbra la lumină. Există întotdeauna o regiune de tranziție în care pot fi detectate maxime și minime de interferență slabă. Adică atunci când valurile trec în apropierea limitelor corpurilor opace sau transparente, prin găuri mici etc. valurile se abat de la propagarea directă (legile opticii geometrice), iar aceste abateri sunt însoțite de fenomenele lor de interferență.
1) Difracția undelor este o caracteristică caracteristică a propagării undelor, indiferent de natura lor.
2) Valurile pot cădea în regiunea umbrei geometrice (se îndoaie în jurul obstacolelor, penetrează prin găuri ne-mari în ecrane ...). On-pr. sunetul este auzit bine în colțul casei - undele sonore se înclină în jurul acestuia. Difracția undelor radio în jurul suprafeței Pământului explică recepția semnalelor radio în raza undelor radio lungi și medii în afara liniei de vedere a antenei radiative.
3) Difracția valurilor depinde de relația dintre lungimea de undă și dimensiunea obiectului "care determină difracția. În limita, atunci când legile opticii de undă trec în legile opticii geometrice, abaterile de la legile opticii geometrice, cu alte lucruri egale, devin mai puțin cu atât lungimea de undă este mai mică. Din acest motiv, este ușor să observați difracția undelor sonore, seismice și radio, pentru care
de la m la km; este mult mai dificil de observat difracția luminii fără dispozitive speciale. Difracția este detectată în cazurile în care dimensiunile obstacolelor obstrucționate sunt proporționale cu lungimea de undă.
Difracția luminii a fost descoperită în secolul al XVII-lea. Fizicianul și astronomul italian F. Grimaldi și a fost explicat la începutul secolului al XIX-lea. fizicianul francez O. Fresnel, care a devenit una dintre dovezile de bază ale naturii lumii luminii.
Fenomenul de difracție poate fi explicat cu ajutorul principiului Huygens-Fresnel.
Principiul lui Huygens: fiecare punct la care ajunge valul la un moment dat servește drept centru al undelor secundare (elementare). Plicul acestor valuri dă poziția frontului undei în următoarea secvență de timp.
1) valul este plat;
2) lumina cade în mod normal pe gaură;
3) ecranul este opac; Materialul de pe ecran este considerat ca o primă aproximare să nu joace un rol;
4) valul se propagă într-un mediu izotropic omogen;
5) undele elementare inverse nu ar trebui luate în considerare.
Conform Huygens, fiecare porțiune de deschidere punct alocat în front-lnovogo o sursă de auto-ary valuri (într-un mediu omogen izotrop sunt sferice). Având ghidul de built-învelește valuri secundare pentru o anumită perioadă de timp, vedem că frontul de undă intră în regiunea umbrei geometrice, adică, valul trece în jurul valorii de marginea orificiului - .. difracție observat - lumina este un proces val.
Concluzii: principiul Huygens
1) este o metodă geometrică pentru construirea frontului undei;
2) rezolvă problema direcției de propagare a frontului frontal;
3) oferă o explicație a propagării valurilor, în concordanță cu legile opticii geometrice;
4) simplifică problema determinării influenței întregului proces de undă care apare într-un anumit spațiu într-un punct, reducându-l la calcularea acțiunii unei suprafețe de undă alese arbitrar pe un anumit punct.
5) dar: este valabil cu condiția ca lungimea de undă să fie mult mai mică decât dimensiunea frontului undei;
6) nu atinge problema amplitudinii și intensității undelor propagate în direcții diferite.
Principiul Huygens este completat de Fresnel
Huygens-Fresnel Principiu: tulburări de undă la un punct P poate fi considerată ca fiind rezultatul interferenței co-coerenta undei secundare emise de fiecare element al unui val de suprafață.
1) Rezultatul interferenței undelor elementare secundare depinde de direcție.
2) Surse secundare yavl. fictive. Acestea pot servi drept elemente infinitezimale ale oricărei suprafețe închise care cuprind sursa. De obicei, una dintre suprafețele undei este aleasă ca suprafață, toate sursele fictive acționează în fază
1) a exclus posibilitatea apariției undelor secundare inverse;
2) a sugerat că dacă un ecran opac cu o deschidere este situat între sursă și punctul de observare, atunci amplitudinea undelor secundare este egală cu zero pe suprafața ecranului și aceeași în gaură ca și în absența ecranului.
Concluzie: principiul Huygens-Fresnel servește ca metodă pentru calcularea direcției de propagare a undelor și distribuirea intensității lor (amplitudine) în direcții diferite.
1) Evidența amplitudinilor și fazelor undelor secundare permite în fiecare caz concret să se găsească amplitudinea (intensitatea) valului rezultat în orice punct al spațiului. Amplitudinea undei transmise de ecran este determinată prin calcularea la punctul de observare a interferenței undelor secundare din sursele secundare situate în diafragma ecranului.
2) O soluție riguroasă din punct de vedere matematic a problemelor de difracție pe baza unei ecuații a valurilor cu condiții limită care depind de natura obstacolelor prezintă dificultăți excepționale. Se utilizează, de exemplu, metode de soluționare aproximative.
3) Principiul Huygens-Fresnel în cadrul teoriei valurilor explică propagarea rectilinie a luminii (în capitolul 12).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: