Интерференция и дифракция света кратко о явлении – формулы с примерами решений (9 класс)
4.4
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 275.
Обновлено 22 Января, 2021
4.4
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 275.
Обновлено 22 Января, 2021
Из курса физики 9 класса известно, что свет -— это электромагнитное излучение с короткой длиной волны. И как любому волновому процессу, свету свойственны волновые явления, в частности интерференция и дифракция. Поговорим кратко о явлении интерференции и дифракции света.
Интерференция света
Интерференция — это сложение в пространстве двух волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд колебаний среды.
Такое постоянное во времени распределение возможно лишь только в том случае, если складывающиеся волны будут иметь одинаковую длину волны, и разность фаз источников будет постоянной (то есть волны будут когерентными). В этом случае в разных точках пространства условия сложения волн будут различны, но постоянны.
В точке будет наблюдаться максимум интерференционной картины, если разность хода двух волн будет равна целому числу длин волн ($Δd=\pm k \lambda$). Минимум интерференционной картины будет наблюдаться, если разность хода составит нечетное число полуволн $$Δd=\pm (2k+1){ \lambda \over 2}$$.
Легче всего наблюдать интерференцию света на тонких пленках (к примеру, на пленке мыльного пузыря или масла на воде). Световая волна, частично отражаясь от разных сторон пленки, складывается и вычитается в соответствии с указанными формулами. В результате мы можем видеть чередование светлых и темных областей на пленке. При этом, если свет белый, представляющий собой смесь основных цветов спектра, то условия максимума и минимума будут разными для разной длины волн, и интерференционные переливы будут радужными.
Дифракция света
Другим волновым явлением, которое демонстрирует свет, является дифракция.
Дифракция — это огибание волнами препятствий и искривление прямолинейного направления их распространения.
Проще всего наблюдать дифракцию света, если свет от удаленного источника перекрыть непрозрачной шторкой с маленьким круглым отверстием. Далее на экране размер светового пятна будет отличаться от размера отверстия, нарушая линейное распространение световых волн.
Другим свидетельством дифракции света является предел увеличения микроскопа. Если рассматриваемый объект слишком мал, то световые волны начинают его огибать, и увидеть его становится невозможно.
Рис. 2. Дифракция света.Опыт Юнга
Для наблюдения явления интерференции и дифракции света в 1802 г. Т. Юнг поставил опыт, ставший классическим.
Сперва свет пропускался сквозь первое небольшое отверстие, за которым, в соответствии с принципом Гюйгенса, образовывалась сферическая световая волна.
В результате можно было видеть оба явления: дифракцию световых волн, выходящих из двух отверстий, и их интерференцию на экране.
Рис. 3. Опыт Юнга по дифракции.Что мы узнали?
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Владимир Карафизи
10/10
Оценка доклада
4.4
Средняя оценка: 4.
4
Всего получено оценок: 275.
А какая ваша оценка?
Что такое интерференция и дифракция?
Разглядывая сияющее голографическое изображение, большинство из нас вряд ли вспоминает физические термины «дифракция» и «интерференция световых волн».
Но именно благодаря изучению этих понятий появилась возможность создавать голограммы.
Что такое дифракция света?
Слово «дифракция» образовано от латинского «diffractus», что означает в дословном переводе «огибание волнами препятствия». Как известно, свет имеет волновую природу, и его лучи подчиняются волновым законам. Дифракцией в физике называют оптические явления, возникающие, когда световые волны распространяются в оптически неоднородной среде с непрозрачными включениями.
Волновая природа света определяет его поведение при огибании препятствий. Если препятствие во много раз больше длины световой волны, свет не огибает его, образуя зону тени.
Но в случаях, когда размеры препятствий соразмерны с длиной волны, возникает явление дифракции. В принципе, любое отклонение от геометрических оптических законов можно отнести к дифракции.
Интерференция волн
Если мы установим перед источником света непрозрачный экран и проделаем в нём точечное отверстие, то проникающие через эту точку лучи света на следующем экране, расположенном параллельно первому, отобразятся в виде концентрических колец с чередованием светлых и тёмных окружностей. Это явление в физике называют дифракцией Френеля, по имени учёного, который впервые обнаружил его и описал.
Изменив форму отверстия и сделав его щелеобразным, мы получим на втором экране другую картину. Световые лучи расположатся в виде ряда светлых и тёмных полосок, как на магазинном штрих-коде. Дифракцию света на щелеобразном отверстии впервые описал немецкий физик Фраунгофер, именем которого она называется до сих пор.
Объяснить разложение световой волны на светлые и тёмные участки учёные смогли при помощи понятия интерференции.
Несколько источников волновых колебаний, если частоты их колебаний когерентны (одинаковы либо кратны друг другу), могут усиливать излучение друг друга, но могут и ослаблять, в зависимости от совпадения фаз колебаний. При огибании препятствий и возникновении вторичных волн вступает в действие их интерференция. На участках, где фазы волн совпадают, наблюдается повышенная освещённость (яркие светлые полоски либо окружности), а там, где не совпадают – освещённость снижена (тёмные участки).
Дифракционная решётка
Если взять прозрачную пластинку и нанести на неё ряд параллельных непрозрачных чёрточек на одинаковом расстоянии друг от друга, то мы получим дифракционную решётку. При пропускании через неё плоского светового фронта образуется дифракция на непрозрачных штрихах. Вторичные волны, взаимно ослабляясь и усиливаясь, образуют дифракционные минимумы и максимумы, что легко обнаружить на экране, поставленном за решёткой.
При этом происходит не только отклонение световых лучей, но и разложение белого света на цветовые спектральные составляющие.
В природе нужная для маскировки окраска крыльев бабочек, оперения птиц, змеиной чешуи часто образуется благодаря использованию дифракционных и интерференционных оптических явлений, а не из-за пигментов.
Голограммы
Принцип голограммы был изобретён в 1947 году физиком Д. Габором, который впоследствии получил за его изобретение Нобелевскую премию. Трёхмерное, т.е. объёмное изображение объекта можно снять и записать, а затем воспроизвести, если использовать лазерные лучи. Одна из световых волн называется опорной и испускается источником, а вторая – объектной и отражается от записываемого объекта.
На фотопластинке либо другом материале, предназначенном для записи, фиксируется сочетание светлых и тёмных полос и пятен, которые отображают интерференцию электромагнитных волн в этой зоне пространства. Если на фотопластинку направляют свет с длиной волны, соответствующей характеристикам опорной волны, то происходит его преобразование в световую волну, по характеристикам близкую к объектной.
Таким образом, в световом потоке получается объёмное изображение зафиксированного объекта.
Сегодня неподвижные голограммы можно записывать и воспроизводить даже в домашних условиях. Для этого нужен лазерный луч, фотопластина и каркас, который надёжно удерживает в неподвижности эти приспособления, а также объект записи. Для домашней голограммы отлично подойдёт луч лазерной указки со снятой фокусирующей линзой.
— дифракционная картина и интерференционная картина
Изменено 1 год, 4 месяца назад
Просмотрено 992 раза
$\begingroup$
Меня не смущает разница между двухщелевым экспериментом Юнга и дифракцией.
В эксперименте Юнга с двумя щелями интерференционная картина представляет собой яркие полосы, равномерно разделенные с разделением, определяемым выражением $\Delta y=\frac{D\lambda}{d}$, где $D$ — расстояние от щели до экрана, $ d$ — расстояние между щелями, $\lambda$ — длина волны.
Дифракционная картина имеет центральный максимум, а яркие полосы с каждой стороны разделены неравномерно, т.е. расстояние между 1-м максимумом и 2-м максимумом не равно расстоянию между 2-м максимумом и 3-м максимумом.
Причина, по которой эксперимент Юнга с двумя щелями с равномерным разделением полос заключается в том, что мы считаем ширину щели настолько узкой, что свет, выходящий из каждой щели, можно рассматривать как точечный источник (так что это просто интерференция между двумя источниками). ) ? Однако при дифракции у нас конечная ширина щели, поэтому яркие полосы распределяются неравномерно. Не в этом ли причина неравномерного распределения ярких полос?
Кроме того, для дифракционной решетки должны ли быть также неравномерно распределены яркие полосы с каждой стороны?
- оптика
- двухщелевой эксперимент
- интерференция
- дифракция
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Центр ярких полос, которые вы видите при использовании дифракционной решетки, на самом деле находится точно в том же положении, что и полосы, создаваемые двумя щелями с тем же расстоянием, что и между соседними щелями при использовании дифракционной решетки.
Однако для нормального расположения двух щелей угол $\theta_{\rm n}$ мал, поэтому можно использовать аппроксимацию $\sin \theta_{\rm n} \ приблизительно \theta_{\rm n}$.
Итак, $y_{\rm n} \ приблизительно D \,\theta_{\rm n} = \frac{n \lambda\,D}{d} \Rightarrow y_{\rm n+1} -y_{\rm n} = \Delta y = \frac{(n+1) \lambda\,D}{d} – \frac{n\,\lambda\,D}{d} = \frac{\lambda\,D} {г}$
Это приводит к тому, что полосы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.
Преимущество использования дифракционной решетки заключается в том, что яркие полосы узкие и намного ярче, чем у двухщелевой схемы, как описано здесь.
Ширина щели регулирует дифракционную огибающую, т.е. модулирует интенсивность интерференционных полос.
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Приступая к определениям, интерференция относится к действию волн, встречающихся друг с другом и объединяющихся конструктивно или деструктивно.
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
оптика – Происходит ли дифракция до интерференции?
$\begingroup$
В эксперименте с двумя щелями свет проходит через две щели, волны интерферируют и образуют интерференционную картину. Для дифракции требуется одна щель.
Итак, я подумал о том, претерпевает ли свет в интерференционной установке сначала дифракцию на двух щелях?
Думаю, дело в этом, потому что световые волны распространяются за счет дифракции на двух щелях. Две волны интерферируют, образуя интерференционную картину. Правильно ли мое мышление?
- оптика
- видимый свет
- двухщелевой эксперимент
- дифракция
- интерференция
$\endgroup$
$\begingroup$
По Гюйгенсу-Френелю
принципе, каждая точка волнового фронта является новым источником сферической волны .
Конечно, вы не видите бесконечных отдельных волн; то, что вы видите, является результатом суммирования (интерференции) бесконечных волн.
Это означает, что всегда есть помехи , даже если препятствий нет. Дифракция была бы следствием блокировки части волнового фронта, поэтому оставшиеся волны каким-то причудливым образом интерферируют. Этот принцип можно использовать для описания отражения, преломления и дифракции.
Для одиночной щели, в несколько раз превышающей длину волны (точки — источники волн):
Если щель такая же большая, как длина волны, вы видите одиночную сферическую волну (я бы не стал это учитывать дифракция вообще):
В квантовой электродинамике есть нечто похожее на принцип Гюйгенса–Френеля. Формулировка интеграла по путям гласит, что когда свет (и любая другая частица) движется из точки $A$ в точку $B$, вы должны просуммировать все возможные траектории. Каждая траектория имеет одинаковую вероятность, они отличаются только фазой.
Таким образом, для двух щелей, если вы вычислите все возможные пути, вы получите классический результат.
Итак, я бы сказал, что дифракция — это частный случай интерференции, когда некоторая часть волнового фронта блокируется .
Но разница между интерференцией и дифракцией не ясна. Как сказал Фейнман: «Никто никогда не мог удовлетворительно определить разницу между интерференцией и дифракцией. Это просто вопрос использования, и между ними нет конкретной важной физической разницы».
$\endgroup$
4
$\begingroup$
Дифракция на щели происходит из-за интерференции вейвлетов Хюгенса. Но тогда интерференция волн от двух щелей происходит из-за этой дифракции на щелях. При большом расстоянии между щелями и не слишком сильной дифракции (щели не слишком точечные) волны после щелей не будут сильно изгибаться, накладываться друг на друга и не образовывать интерференционную картину.