У лекції 2 ми розглядали явища перерозподілити ?? ення інтенсивності світлового потоку в результаті суперпозиції хвиль. Це явище ми називали інтерференцією і розглянули интерференционную картину від двох джерел. Справжня лекція - безпосереднє продовження попередньої. Між інтерференцією і дифракцією немає істотного фізичного відмінності. Обидва явища полягають в перерозподілити ?? еніі світлового потоку в результаті суперпозиції хвиль. З історичних причин перерозподілити ?? ення інтенсивності, що виникає в результаті суперпозиції хвиль, порушуваних кінцевим числом дискретних когерентних джерел прийнято називатьінтерференціей. Перерозподілити ?? ення інтенсивності, що виникає в результаті суперпозиції хвиль, порушуваних когерентними джерелами, розташованими безперервно, прийнято називати дифракцией хвиль. (Коли джерел мало, напр.
У геометричній оптиці користуються поняттям світлового променя - вузького пучка света͵ поширюється прямолін ?? ейно. Прямолін ?? ейность поширення світла пояснюється теорією Ньютона і підтверджується наявністю тіні позаду непрозорого джерела, що знаходиться на шляху світла від точкового джерела. Але - протиріччя з хвильової теорії, тому що за принципом Гюйгенса кожну точку поля хвилі можна розглядати як джерело вторинних хвиль, що поширюються по вс ?? їм напрямками, в т.ч. і в область геометричної тіні перешкоди (хвилі повинні об'їжджати перешкоди). Як може виникати тінь? Теорія Гюйгенса не могла дати відповіді. Але теорія Ньютона не могла пояснити явище інтерференції і порушення закону прямолін ?? ейного поширення світла при проходженні світла крізь досить вузькі щілини і отвори, а так само при освітленні невеликих непрозорих перешкод. У цих випадках на екрані, встановленому позаду отворів або перешкод, замість чітко розмежованих областей світла і тіні спостерігається система інтерференційних максимумів і мінімумів освітленості. Навіть для перешкод і отворів, що мають великі розміри, немає різкого переходу від тіні до світла. Завжди існує деяка перехідна область, в якій можна виявити слабкі інтерференційні максимуми і мінімуми. Т. е. При проходженні хвиль поблизу кордонів непрозорих або прозорих тіл, крізь малі отвори і т.д. хвилі відхиляються від прямолін ?? ейного поширення (законів геометричної оптики), і ці відхилення супроводжуються їх інтерференційними явищами.
1) Дифракція хвиль - характерна особливість поширення хвиль незалежно від їх природи.
2) Хвилі можуть потрапляти в область геометричної тіні (огинати перешкоди, проникати через Не-великі отвори в екранах ...). На-ін. звук добре чути за рогом будинку - звукова хвиля його огинає. Дифракцією радіохвиль навколо поверхні Землі пояснюється прийом радіосигналів в діапазоні довгих і середніх радіохвиль за межами прямої видимості випромінює антени.
3) Дифракція хвиль залежить від співвідношення між довжиною хвилі і розміром об'екта͵ викликає дифракцію. У межа ?? е при закони хвильової оптики переходять до законів геометричної оптики відхилення від законів геометричної оптики при інших рівних умовах виявляється тим менше, чим менше довжина хвилі. З цієї причини легко спостерігати дифракцію звукових, сейсмічних і радіохвиль, для яких
від м до км; набагато важче спостерігати без спеціальних пристроїв дифракцию света.Діфракція виявляється в тих випадках, коли розміри огинають перешкоди порівнянні з довжиною хвилі.
Дифракція світла була відкрита в 17 ст. італійським фізиком і астрономом Ф. Грімальді і була пояснена на початку 19 ст. французьким фізиком О. Френеля ?? їм, що стало одним з базових доказів хвильової природи світла.
Явище дифракції можна пояснити з по-міццю принципу Гюйгенса-Френеля.
Принцип Гюйгенса: кожна точка, до кото-рій доходить хвиля в даний момент часу, служить центром вто-ковий (елементарних) хвиль. Що огинає цих хвиль дає положення хвильового фронту в наступний момент часу.
1) хвиля є плоскою;
2) на отвір світло пада-ет нормально;
3) екран непрозорий; ма-теріал екрану вважається в першому наближене, не граючим ролі;
4) хвилі поширюється в однорідному ізотропному середовищі;
5) зворотні елементарні хвилі не повинні прийматися до уваги.
Згідно Гюйгенсу, кожна точка виділяється отвором ділянки по-лнового фронту служить джерелом вто-ковий хвиль (в однорідноїізотропної середовищі вони сферичні). Побудувавши огинаючи-ющую вторинних хвиль для деякого моменту часу, бачимо, що фронт хвилі заходить в область геометричної тіні, т. Е. Хвиля огинає краю отвору - спостерігається дифракція - світло є хвильовим процесом.
Висновки: принцип Гюйгенса
1) є геометричним методом побудови фронту хвилі;
2) вирішує за-дачу про направлення поширення по-лнового фронту;
3) дає пояснення поширення хвиль, що узгоджується з законами геометричної оптики;
4) спрощує завдання определ ?? ення впливу вс ?? його хвильового процесу, що здійснюється в деякому просторі, на точку, звівши її до обчислення дії на дану точку довільно обраної хвильової поверхні.
5) але: справедливий за умови, що трива-на хвилі багато менше розмірів хвильового фронту;
6) не впливає на питан-са про амплітуду і інтенсивності хвиль, що поширюються в різних напрямках.
Принцип Гюйгенса доповнений Френеля ?? їм
Принцип Гюйгенса-Френеля: хвильовий обурення в деякій точці Р можна розглядати як результат інтерференції ко-герентних вторинних віл, випромінюваних кожним елементом деякої хвилевої поверхні.
1) Результат інтерференція вторинних елементарних хвиль залежить від напрямку.
2) Вторинні джерела явл. фіктивними. Ними можуть служити нескінченно малі елементи будь-якої замкнутої поверхні, що охоплює джерело. Зазвичай в ка-честве поверхні вибирають одну з хвильових поверхонь, нд ?? е фік-тивні джерела діють синфазно
1) виключив можливість виникнення зворотних вторинних хвиль;
2) припустив, що якщо між джерелом і точкою спостереження знаходиться непрозорий екран з отвором, то на поверхні екрану амплітуда вторинних хвиль дорівнює нулю, а в отворі - така ж, як при відсутності екрана.
Висновок: принцип Гюйгенса - Френеля служить прийомом для розрахунків напрямку поширення хвиль та розподілу житла ?? ення їх інтенсивності (амплітуди) за різними напрямками.
1) Облік амплітуд і фаз вторинних хвиль дозволяє в кожному конкретному випадку знайти амплітуду (інтенсивність) результуючої хвилі в будь-якій точці простору. Амплітуда хвилі, що пройшла екран, визначається розрахунком в точці спостереження інтерференції вторинних хвиль від вторинних джерел, розташованих в отворі екрана.
2) Математично строге рішення дифракційних задач на базі хвильового рівняння з граничними умовами, що залежать від характеру перешкод, перед-ставлять виняткові труднощі. Застосовуються наближені методи рішення, напр.
3) Принцип Гюйгенса - Френеля в рамках хвильової теорії пояснив прямолін ?? ейное поширення світла (в главі 12).