Фізичний клас, дифракція світла

Набіг легкий вітерець, і по поверхні води побігла брижі (хвиля малої довжини і амплітуди), зустрічаючи на своєму шляху різні перешкоди, над поверхнею води, стебла рослин, сук дерева. З підвітряного боку за суком вода

спокійна, хвилювання немає, а стебла рослин хвиля огинає.

ДИФРАКЦІЯ хвиль (від лат. Difractus - розламаний) огибание хвилями різних перешкод. Дифракція хвиль властива всякому хвильовому руху; має місце, якщо розміри перешкоди менше довжини хвилі або порівняти з нею.

Дифракцією світла називається явище відхилення світла від прямолінійного напрямку поширення при проходженні поблизу перешкод. При дифракції світлові хвилі огинають кордону непрозорих тіл і можуть проникати в область геометричної тіні.
Перешкодою може бути отвір, щілину, край непрозорою перепони.

Виявляється дифракція світла в тому, що світло проникає в область геометричної тіні в порушення закону прямолінійного поширення світла. Наприклад, пропускаючи світло через маленьке круглий отвір, виявляємо на екрані світла пляма більшого розміру, ніж слід було очікувати при прямолінійній поширенні.

Через те, що довжина світлової хвилі мала, кут відхилення світла від напрямку прямолінійного розповсюдження невеликий. Тому для чіткого спостереження дифракції потрібно використовувати дуже маленькі перешкоди або розташовувати екран далеко від перешкод.

Дифракція пояснюється на основі принципу Гюйгенса-Френеля: кожна точка хвильового фронту є джерелом вторинних хвиль.

Дифракційна картина є результатом інтерференції вторинних світлових хвиль.

Хвилі, утворені в точках А і В, є когерентними. Що спостерігається на екрані в точках О, M, N?

Дифракція добре спостерігається тільки на відстані

де R - характерні розміри перешкоди. На менших відстанях застосовні закони геометричної оптики.

Явище дифракції накладає обмеження на роздільну здатність оптичних інструментів (наприклад, телескопа). Внаслідок її в фокальній площині телескопа утворюється складна дифракційна картина.

Дифракційна решітка - являє собою сукупність великого числа що знаходяться в одній площині вузьких, паралельних, близько розташованих один до одного прозорих для світла ділянок (щілин), розділених непрозорими проміжками.

Дифракційні решітки бувають відображають і пропускають світло. Принцип їх дії однаковий. Грати виготовляють за допомогою ділильної машини, що завдає періодичні паралельні штрихи на скляній або металевій пластині. Хороша дифракційна решітка містить до 100 000 штрихів. позначимо:

a - ширина прозорих для світла щілин (або відображають смуг);
b - ширина непрозорих проміжків (або розсіюють світло ділянок).
Величина d = a + b називається періодом (або постійної) дифракційної решітки.

Дифракційна картина, створювана гратами складна. У ній спостерігаються головні максимуми і мінімуми, побічні максимуми, додаткові мінімуми, обумовлені дифракцією на щілини.

Практичною значення при дослідженні спектрів за допомогою дифракційної решітки мають головні максимуми, що представляють собою вузькі яскраві лінії в спектрі. Якщо на дифракційну решітку падає біле світло, хвилі кожного кольору, що входить до його складу, утворюють свої дифракційні максимуми. Положення максимуму залежить від довжини хвилі. Нульові максимуми (k = 0) для всіх довжин хвиль утворюються в напрямках падаючого пучка (β = 0), тому в дифракційному спектрі є центральна світла смуга. Ліворуч і праворуч від неї спостерігаються кольорові дифракційні максимуми різного порядку. Так як кут дифракції пропорційний довжині хвилі, то червоні промені відхиляються сильніше, ніж фіолетові. Зверніть увагу на відмінність в порядку розташування кольорів в дифракційному і призматичному спектрах. Завдяки цьому дифракційна решітка використовується в якості спектрального апарату, поряд з призмою.

При проходженні через дифракційну решітку світлова хвиля довжиною λ на екрані буде давати послідовність мінімумів і максимумів інтенсивності. Максимуми інтенсивності будуть спостерігатися під кутом β:

де k - ціле число, зване порядком дифракційного максимуму.