При каких условиях дифракция волн проявляется особенно отчетливо кратко

Обновлено: 25.06.2024

Дифракцией волны называют явление отклонения волны от прямолинейного распространения и огибания волной препятствия.

При дифракции происходит искривление поверхности волны у краев препятствия. Особенно явно дифракция проявляется в том случае, если размеры препятствия сравнимы с длинами волн.

Явление дифракции можно объяснить при помощи принципа Гюйгенса, так как любую точку поля волны следует рассматривать как источник вторичных волн, которые распространяются по всем направлениям, в том числе и в область геометрической тени препятствия. Исторически явление дифракции начали изучать в оптике, изучая свойства света.

Дифракция света. Основные положения теории Френеля

Дифракция света – это пакет явлений, связанных с волновой природой света, которые можно наблюдать при его распространении в веществе с выраженными неоднородностями. Явления, которые подтверждают явление дифракции световой волны: отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении сквозь отверстия в непрозрачных экранах, огибание границ непрозрачных тел.

Рассматривая дифракцию света Френель выдвинул ряд положений, которые принимаются без доказательства и составивших принцип Гюйгенса – Френеля:

Для того чтобы решить задачу о распространении света можно заменить реальный источник волн ( ) системой виртуальных источников света, которые названы вторичными. В качестве таких источников можно выбирать маленькие участки любой замкнутой поверхности, которая охватывает .
Вторичные источники света будут когерентны между собой. Следовательно, в любой точке вне вспомогательной поверхности, волны являются результатом интерференции всех вторичных волн. Вспомогательная поверхность выбирается произвольно, так чтобы упростить задачу.
Для выделенной вспомогательной поверхности, совпадающей с волновой поверхностью, мощности вторичного излучения равных по площади участков равны. При этом каждый вторичный источник излучает свет в основном в направлении внешней нормали к поверхности волны. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн, то есть волн, которые бы распространялись от вторичных источников внутрь области, которая ограничена вспомогательной поверхностью. Если часть вспомогательной поверхности закрыта, например, непрозрачным экраном, то вторичные волны будут излучать только открытые ее части. Излучение открытых участков Френель считал не связанными с материалом, формой и размерами экранов.

Френель предложил свой метод разбиения поверхности волны на зоны, которые помогают упрощать решения задач.

При решении задач выделяют: дифракцию в сходящихся лучах (дифракция Френеля) и дифракцию в параллельных лучах (дифракция Фрауггофера).

Примеры решения задач

Явление дифракции накладывает ограничения на возможности телескопа. Из-за дифракции у края оправы объектива прибора будет наблюдаться не точка, как изображение, например, звезды, а совокупность светлых и темных колец. В том случае, если две звезды расположены близко друг к другу (угловое расстояние между ними мало), то кольца налагаются друг на друга, и нет возможности различить какое число звезд действительно имеется.

Задание

Посередине между точечным источником света и экраном расположен непрозрачный диск радиусом r. Длина волны света равна . Каково расстояние от источника до экрана, на котором наблюдается картина дифракции, если диск закрывает только центральную зону Френеля?

Решение

Сделаем рисунок.

Рассматривая прямоугольный треугольник SBC (рис.1) запишем:

$a^2=<\left(a-x\right)> ^2+r^2\to a^2=a^2+x^2-2ax+r^2\to x^2-2ax+r^2=0 \qquad (2.1)$

Для прямоугольного треугольника ABC имеем:

$<\left(b+m\frac<\lambda> \right)>^2=<\left(b+x\right)>^2+r^2\to b^2+bm\lambda +m^2\frac <<\lambda>^2>=$

$=b^2+2bx+x^2+r^2\to bm\lambda +m^2\frac<<\lambda> ^2>=2bx+x^2+r^2 \qquad (2.2)$

$m^2\frac<<\lambda> Величины и ^2>$
– малы и ими можно пренебречь. Следовательно, выражение (2.1) можно упростить до вида:

И из формулы (2.3) найти x:

$x=\frac<r^2> \qquad (2.4)$

Выражение (2.2) упрощаем до:

$bm\lambda =2bx+r^2 \qquad (2.5)$

Подставим в (2.5) найденный x, получим:

$bm\lambda =b\frac<r^2> +r^2\ \to bm\lambda =2r^2 \qquad (2.6),$

где мы использовали условие задачи: .

$b=\frac<l> Выразим b и используем то, что$
, для нахождения искомого расстояния (l):

$b=\frac<2r^2> <m\lambda>\to l=\frac <m\lambda>\$

По условию задачи m=1. Окончательно имеем:

$l=\frac<4r^2> <\lambda>\$

Дифракция волн (от лат. diffractus — разломанный) — в первоначальном узком смысле — огибание волнами препятствий, в современном — более широком — любые отклонения при распространении волн от законов геометрической оптики.

Дифракция волн (от лат. diffractus — разломанный) — в первоначальном узком смысле — огибание волнами препятствий, в современном — более широком — любые отклонения при распространении волн от законов геометрической оптики.

Дифракция волн проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней.

Способность волн огибать препятствия можно наблюдать на морских волнах, легко огибающих камень, размеры которого малы по сравнению с длиной волны. Звуковые волны также способны огибать препятствия, благодаря чему мы слышим, например, сигнал машины, находящейся за углом дома.

Явление дифракции волн на поверхности воды можно наблюдать, если поставить на пути волн экран с узкой щелью, размеры которой меньше длины волны.

За экраном распространяется круговая волна, как если бы в отверстии экрана располагалось колеблющееся тело — источник волн. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, так и должно быть. Вторичные источники в узкой щели располагаются столь близко друг к другу, что их можно рассматривать как один точечный источник.

Если размеры щели велики по сравнению с длиной волны, то волна проходит сквозь щель, почти не меняя своей формы, лишь по краям видны еле заметные искривления волновой поверхности, благодаря которым волна проникает и в пространство за экраном.

Дифра́кция во́лн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный) — явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию волнами препятствий, но в современном, более широком толковании, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве волн. Дифракция тесно связана с явлением интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных волн).

Дифракция волн наблюдается независимо от их природы и может проявляться:

Дифракционные эффекты зависят от соотношения между длиной волны и характерным размером неоднородностей среды либо неоднородностей структуры самой волны. Наиболее сильно они проявляются при размерах неоднородностей сравнимых с длиной волны. При размерах неоднородностей существенно превышающих длину волны (на 3-4 порядка и более), явлением дифракции, как правило, можно пренебречь. В последнем случае распространение волн с высокой степенью точности описывается законами геометрической оптики. С другой стороны, если размер неоднородностей среды много меньше длины волны, то в таком случае вместо дифракции часто говорят о явлении рассеяния волн.

Наиболее хорошо изучена дифракция электромагнитных (в частности, оптических) и акустических волн, а также гравитационно-капиллярных волн (волны на поверхности жидкости).

Содержание

С точки зрения современной науки определение дифракции как огибания светом препятствия признается недостаточным (слишком узким) и не вполне адекватным.

Общим свойством всех эффектов дифракции является именно определенная зависимость данного явления от соотношения между длиной волны и размером неоднородностей среды. Поэтому дифракция представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами в случае волн разной природы.

Для корректного отображения информации рекомендуем добавить наш сайт в исключения вашего блокировщика баннеров.

Для просмотра в натуральную величину нажмите на картинку

Идея нашего сайта - развиваться в направлении помощи ученикам школ и студентам. Мы размещаем задачи и решения к ним. Новые задачи, которые недавно добавляются на наш сайт, временно могут не содержать решения, но очень скоро решение появится, т.к. администраторы следят за этим. И если сегодня вы попали на наш сайт и не нашли решения, то завтра уже к этой задаче может появится решение, а также и ко многим другим задачам. основной поток посетителей к нам - это из поисковых систем при наборе запроса, содержащего условие задачи

Читайте также: