Интерференция и дифракция света

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. Это приведет к тому, что в одном месте волны будут складываться, а в другом — вычитаться. В случае света возникнет интерференционная картина: чередование темных и светлых областей. Какая именно область будет в данной точке, зависит от того, какое расстояние прошла от источника каждая волна.

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.

Рис. 1. Радужный рисунок мыльной пленки.

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. А затем эта волна пропускалась через два расположенных рядом маленьких отверстия. Поскольку на два отверстия падала одна и та же волна, волны за этими отверстиями были когерентными и при наложении давали интерференционную картину чередования темных и светлых полос.

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?

Интерференция — это сложение двух распространяющихся в пространстве волн одинаковой длины волны. Дифракция — это отклонение распространения волны от прямолинейного, а также огибание ею препятствий. Поскольку свет — это электромагнитная волна, он демонстрирует оба этих явления.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Свет — это:

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 72.

Предметы