Інтерференція і дифракція. Кільця Ньютона. Кут дифракції, функція розсіювання точки
Інтерференція світла - перерозподіл інтенсивності світла в результаті накладення декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується чергуються в просторі в max і min інтенсивності.
Явище спостерігається в тонкому шарі рідин, в мильних бульбашках, бензині, на крилах метелика.
Кільця Ньютона - кільцеподібні інтерференційні max і min, що з'являються навколо точки дотику злегка зігнутої опуклою лінзи та плоскопараллельной пластини при проходженні світла крізь лінзу і пластину. Виникає між поверхнями одна з яких плоска, а інша має великий радіус кривизни. Ньютон, дослідивши їх в монохромному і білому світі, виявив, що радіус кривизни кілець зростає зі збільшенням довжини хвилі.
Дифракція світла - це явище відхилення від прямолінійного напрямку поширення при проходженні поблизу перешкод. Якщо на шляху паралельного світлового пучка розташоване велике перешкоду, то на екрані, розташоване на досить широкому відстані, з'являється - дифракційна картина - система чергуються світлових кілець.
Функція розсіювання точки - описує залежність розподілу освітленості від координат в площині зображення, якщо предмет - це світяться точка в зображеної зоні.
інтерференція хвиль
- це явище накладання когерентних хвиль
- властиво хвилях будь-якої природи (механічних, електромагнітних і т.д.
Когерентні хвилі - це хвилі, що випускаються джерелами, що мають однакову частоту і постійну різницю фаз.
При накладенні когерентних хвиль в будь-якій точці простору амплітуда коливань (зміщення) цієї точки буде залежати від різниці відстаней від джерел до розглянутої точки. Ця різниця відстаней називається різницею ходу.
При накладенні когерентних хвиль можливі два граничних випадки:
Умова максимуму:
Різниця ходу хвиль дорівнює цілому числу довжин хвиль (інакше парним числом довжин півхвиль).
В цьому випадку хвилі в даній точці приходять з однаковими фазами і підсилюють один одного - амплітуда коливань цієї точки максимальна і дорівнює подвоєною амплітуді.
Різниця ходу хвиль дорівнює непарному числу довжин півхвиль.
Хвилі приходять в розглянуту точку в протифазі і гасять один одного.
Амплітуда коливань цієї точки дорівнює нулю.
В результаті накладання когерентних хвиль (інтерференції хвиль) утворюється інтерференційна картина.
- інтерференційна картина накладення когерентних механічних хвиль на воді
При інтерференції хвиль амплітуда коливань кожної точки не змінюється в часі і залишається постійною.
При накладенні некогерентних хвиль немає інтерференційної картини, тому що амплітуда коливань кожної точки змінюється з часом.
Інтерференція світла 1802р. Англійський фізик Томас Юнг поставив досвід, в якому спостерігалася інтерференція світла. Досвід Томаса Юнга
Від одного джерела через щілину А формувалися два пучка світла (через щілини В і С), далі пучки світла падали на екран Е. Оскільки індійські від щілин В і С були когерентними, на екрані можна було спостерігати інтерференційну картину: чергування світлих і темних смуг .
Світлі смуги - хвилі посилювали один одного (дотримувалася умова максимуму).
Темні смуги - хвилі складалися в протифазі і гасили один одного (умова мінімуму).
Якщо в досвіді Юнга використовувався джерело монохроматичного світла (однієї довжини хвилі, то на екрані спостерігалися тільки світлі і темні смуги даного кольору.
Якщо джерело давав білий світ (тобто складний за своїм складом), то на екрані в області світлих смуг спостерігалися райдужні смуги. Райдужність пояснювалася тим, що умови максимумів і мінімумів залежать від довжин хвиль.
Інтерференція в тонких плівках
Явище інтерференції можна спостерігати, наприклад:
- райдужні розводи на поверхні рідини при розливі нафти, гасу, в мильних бульбашках;
Товщина плівки повинна бути більше довжини світлової хвилі.
При попаданні монохроматичного світла (найпростіший випадок) на тонку плівку частина світла відбивається від зовнішньої поверхні плівки, інша частина світу, пройшовши через плівку, відбивається від внутрішньої поверхні.
При попаданні в око на сітківці відбувається накладення (додавання) двох когерентних хвиль і виникає інтерференційна (смугаста) картина, як результат посилення і ослаблення хвиль. У разі білого світла інтерференційна картина буде райдужної.
При проведенні свого досвіду Юнгом вперше вдалося виміряти довжину світлової хвилі.
В результаті досвіду Юнг довів, що світло має хвильовими властивостями.
Застосування інтерференції:
- інтерферометри - прилади для вимірювання довжини світлової хвилі
- просвітлення оптики (в оптичних приладах при проходженні світла через об'єктив втрати світла складають до 50%) - все скляні деталі покривають тонкою плівкою з показником заломлення трохи менше, ніж у скла; перерозподіляються інтерференційні максимуми і мінімуми і втрати світла зменшуються.