Какое явление возникает при нарушении свободного прохождения света?
деформация
изменение скорости
изменение давления
изменение площади
Прямолинейное распространение света, как выяснилось, является интерференционным процессом в условиях свободного распространения света. То есть в условиях, когда все зоны Френеля свободно выполняются (волны не перекрываются экраном) и имеют симметричное расположение относительно наблюдателя. Если чем-нибудь нарушить вольность и симметричность размещения зон, то нарушается также прямолинейность распространения света.
В частности, при нарушении симметричности зон возникает явление преломления света, а при нарушении их свободного прохождения – явление дифракции (огибание светом препятствий).
Различают два вида дифракции: дифракцию в расходящихся лучах (в незначительных расстояниях от источника света), изученную французским физиком А. Ж. Френелем, и дифракцию в параллельных лучах (на значительных расстояниях от источника), изученную немецким физиком И. Фраунгофером (1787-1826). Поэтому эти виды дифракции называют дифракцией Френеля и дифракцией Фраунгофера.
Дифракция Френеля от круглого непрозрачного экрана
Первым примером данного явления является дифракция Френеля от круглого непрозрачного экрана. Если на пути распространения света от источника S разместить круглый экран АВ внушительных размеров, то за ним наблюдается тень. Когда же экран АВ будет настолько малым, что закроет только k первых зон Френеля, то свет обойдет экран АВ и за ним центральная точка В будет освещена, а вокруг нее будут наблюдаться темные и светлые кольца.
В точку О приходят световые волны от остальных открытых зон, начиная с (к+1)-й. Как известно, амплитуда их результирующего колебания равна половине амплитуды колебаний, которые приходят от ближайшей зоны. Поэтому освещенность в точке О обусловлена частью (к +1)-й открытой зоны вокруг экрана АВ, освещенность в любой другой точке С определяется результатом интерференции света от частей зоны у точек А и В.
Отметим, что при близких расстояниях относительно источника дифракция света от непрозрачного экрана наблюдается тогда, когда размеры экрана очень малы, порядка нескольких длин волн. Дифракция света от непрозрачного экрана внушительных размеров наблюдается при больших расстояниях между источником света и наблюдателем. Например, дифракция света образуется на мелких водяных каплях в тумане, благодаря чему вокруг источника света наблюдаются цветные кольца. Российский физик В. К. Аркадьев (1884-1953) наблюдал дифракцию света даже от обычной тарелки, правда, на расстоянии 7 км относительно источника света.
Дифракция Френеля от круглого отверстия
Если на пути распространения света от источника S разместить непрозрачную преграду с круглым отверстием АВ внушительных размеров, то на экране будет наблюдаться светящееся пятно, ограниченное тенью. Причем если размеры отверстия все время уменьшать, то контуры тени все больше становятся размытыми, и, наконец, светящееся пятно превращается в совокупность светлых и темных колец. Таков результат дифракции света от круглого отверстия.
Освещенность центральной точки О на экране, как и любой другой точки С вблизи нее, зависит от количества зон Френеля, которые помещаются в отверстии при построении их с заданной точки. Если в пределах отверстия помещается четное число зон, то волны, приходящие от них в заданную точку будут попарно компенсироваться - точка будет затемнена. Напротив, если в пределах отверстия помещается нечетное число зон, построенных с заданной точки, то одна из них будет нескомпенсированная, что приведет освещенность точки.
Очевидно, что если экран отдалять от источника света, то освещенность и затмение в точке О, как и в остальных точках, будет чередоваться.
Явление дифракции Френеля в оптических приборах
Рассмотренный случай дифракции света приходится учитывать в оптических приборах, поскольку объектив любого оптического прибора крепится во входном отверстии ограниченных размеров, из-за чего на больших расстояниях от предмета (источника света) отверстие приводит к дифракции света. Это приводит к тому, что светящиеся точки предмета изображаться в приборе световыми пятнами, образованными совокупностью темных и светлых дифракционных колец. Такие изображения двух близких точек предмета могут перекрываться.
Итак, дифракция света ограничивает разрешение оптических приборов, то есть способность раздельно изображать два близких предмета.
Статья по физике на заказ от проверенных исполнителей!
Комментарии