Dukuritë e ndërhyrjes dhe difraksionit të dritës shërbejnë si dëshmi e natyrës së saj valore.

Ndërhyrje valët është fenomeni i mbivendosjes së valëve, në të cilin në disa pika të hapësirës ndodh forcimi i ndërsjellë i tyre dhe në disa të tjera dobësimi. Një model interferencë me kohë (stacionare) shfaqet vetëm kur shtohen valët frekuencë të barabartë me diferencë fazore konstante. Valë të tilla dhe burimet që i ngacmojnë quhen koherente.

Ndërhyrja e dritës është një nga manifestimet e natyrës së saj valore, ajo ndodh, për shembull, kur drita reflektohet në një shtresë të hollë ajri midis një pllake xhami të sheshtë dhe një lente plano-konvekse. NË në këtë rast interferenca ndodh kur shtohen valë koherente 1 Dhe 2 , reflektuar nga të dy anët e hendekut të ajrit. Ky model ndërhyrjeje, i cili ka formën e unazave koncentrike, quhet unazat e Njutonit për nder të I. Njutonit, i cili i pari e përshkroi atë dhe vërtetoi se rrezet e këtyre unazave për dritën e kuqe janë më të mëdha se për dritën blu.

Duke besuar se drita është valë, fizikani anglez T. Young e shpjegoi ndërhyrjen e dritës si më poshtë. Një aksident me rreze në një lente 0 pas reflektimit nga sipërfaqja e saj konvekse dhe përthyerjes, ajo krijon dy rreze të reflektuara ( 1 Dhe 2 ). Ku valë të lehta në rreze 2 mbeten pas traut 1 në Dj, dhe diferenca e fazës Dj varet nga rruga “shtesë” që ka përshkuar rrezja 2 , krahasuar me traun 1 .

Natyrisht, nëse Dj = n l, ku n- një numër i plotë, pastaj valë 1 Dhe 2 , duke shtuar, do të përforcojnë njëri-tjetrin dhe, duke parë thjerrëzën në këtë kënd, do të shohim një unazë të ndritshme drite me një gjatësi vale të caktuar. Përkundrazi, nëse

Ku n- një numër i plotë, pastaj valë 1 Dhe 2 , kur të palosen, ato do të anulojnë njëra-tjetrën, dhe për këtë arsye, duke parë lentet nga lart në këtë kënd, do të shohim një unazë të errët. Kështu, ndërhyrja e valës çon në një rishpërndarje të energjisë së vibrimit midis grimcave të ndryshme të mediumit të vendosura ngushtë.

Ndërhyrja varet nga gjatësia e valës, dhe për rrjedhojë, nga matja distanca këndore ndërmjet minimumeve dhe maksimumeve ngjitur të modelit të ndërhyrjes, gjatësia e valës së dritës mund të përcaktohet. Nëse ndërhyrja ndodh në filmat e hollë të benzinës në sipërfaqen e ujit ose në filma flluska sapuni, atëherë kjo çon në ngjyrosjen e këtyre filmave në të gjitha ngjyrat e ylberit. Ndërhyrja përdoret për të zvogëluar reflektimin e dritës nga syzet dhe lentet optike, e cila quhet veshja e optikës. Për ta bërë këtë, një film aplikohet në sipërfaqen e xhamit. substancë transparente një trashësi e tillë që diferenca fazore ndërmjet valëve të dritës të reflektuara nga xhami dhe filmit është .

Difraksioni i dritës– lakimi i valëve të dritës rreth skajeve të pengesave, që është një tjetër provë e natyrës valore të dritës, u demonstrua për herë të parë nga T. Young në një eksperiment kur një valë drite e rrafshët ra në një ekran me dy të çara të ndara ngushtë. Sipas parimit të Huygens-it, çarjet mund të konsiderohen si burime të valëve koherente dytësore. Prandaj, duke kaluar nëpër secilën prej të çarave, rrezja e dritës u zgjerua dhe një model ndërhyrje në formën e shiritave të alternuar të dritës dhe të errët u vu re në ekran në zonën ku mbivendosen rrezet e dritës nga të çarat. Shfaqja e modelit të ndërhyrjes shpjegohet me faktin se valët nga të çarat në secilën pikë P distanca të ndryshme r 1 dhe r 2 kalojnë në ekran, dhe ndryshimi përkatës i fazës midis tyre përcakton ndriçimin e pikës R.

Polarizimi i dritës

Polarizimi i valëve të dritës, që është pasojë e natyrës së tyre tërthore, ndryshon kur drita reflektohet, thyhet dhe shpërndahet në media transparente.

Natyra tërthore e valëve të dritës është një nga pasojat teoria elektromagnetike J.C. Maxwell dhe shprehet në faktin se vektorët e forcës së fushës elektrike që lëkunden në valë E dhe induksioni fushë magnetike NË pingul me njëra-tjetrën dhe me drejtimin e përhapjes së këtyre valëve. Për të përshkruar një valë elektromagnetike, mjafton të dimë se si ndryshon njëri nga këta dy vektorë, p.sh. E që quhet vektor i dritës. Polarizimi i dritës quaj orientimin dhe natyrën e ndryshimeve në vektorin e dritës në një rrafsh pingul me rrezen e dritës. Drita në të cilën drejtimet e lëkundjeve të vektorit të dritës janë të renditura disi quhet të polarizuara.

Nëse gjatë përhapjes së një vale elektromagnetike, vektori i dritës ruan orientimin e tij, atëherë një valë e tillë quhet polarizuar në mënyrë lineare ose i polarizuar në aeroplan, dhe rrafshi në të cilin lëkundet vektori i dritës është rrafshi i lëkundjes. Një valë elektromagnetike e emetuar nga çdo atom (ose molekulë) në një akt të vetëm rrezatimi është gjithmonë i polarizuar në mënyrë lineare. Burimet e dritës të polarizuara në mënyrë lineare janë gjithashtu lazer.

Nëse rrafshi i lëkundjes së një valë elektromagnetike ndryshon vazhdimisht dhe rastësisht, atëherë drita quhet i papolarizuar. Drita natyrale(dielli, llambat, qirinjtë etj.) është shuma e rrezatimit numër i madh atome individuale, secili prej të cilëve lëshon valë drite të polarizuara në mënyrë lineare në një moment të caktuar. Megjithatë, meqenëse rrafshet e dridhjeve të këtyre valëve të dritës ndryshojnë në mënyrë kaotike dhe nuk janë në përputhje me njëra-tjetrën, drita totale rezulton të jetë e papolarizuar. Prandaj, drita e papolarizuar shpesh quhet natyrore.

Nëse amplituda e vektorit të dritës në një drejtim është më e madhe se në të tjerat, atëherë quhet dritë e tillë pjesërisht e polarizuar. Drita natyrale, kur reflektohet nga sipërfaqet jo metalike (uji, qelqi, etj.), polarizohet pjesërisht në mënyrë që amplituda e vektorit të dritës në drejtimin paralel me rrafshin reflektues të bëhet më e madhe. Përthyerja e dritës natyrore në kufirin e dy mediave gjithashtu e kthen atë në dritë pjesërisht të polarizuar, por në këto raste, si rregull, amplituda e vektorit të dritës në drejtimin paralel me rrafshin reflektues bëhet më e vogël.

Drita natyrale mund të shndërrohet në dritë të polarizuar lineare duke përdorur polarizues- pajisje që transmetojnë valë me një vektor drite vetëm në një drejtim të caktuar. Kristalet turmalinë përdoren shpesh si polarizues, të cilët thithin fuqishëm rrezet me një vektor drite pingul me boshtin optik të kristalit. Prandaj, drita natyrale që kalon përmes një pllake turmaline polarizohet në mënyrë lineare me një vektor elektrik të orientuar paralel me boshtin optik të turmalinës.

Ndërhyrje- ky është mbivendosja e dy ose më shumë valëve, që çon në një rritje të qëndrueshme në kohë të lëkundjeve në disa pika të hapësirës dhe një dobësim në të tjerat.

Ata vetëm mund të ndërhyjnë koherente valët janë valë që kanë të njëjtën frekuencë dhe një ndryshim fazor që është konstant me kalimin e kohës. Amplituda e lëkundjes që rezulton është zero në ato pika të hapësirës në të cilat valët me amplituda dhe frekuenca identike arrijnë me një zhvendosje fazore të lëkundjeve nga fq ose gjysma e periudhës së lëkundjes. Me të njëjtin ligj të lëkundjes së dy burimeve të valëve, diferenca do të jetë sa gjysma e periudhës së lëkundjes, me kusht që diferenca Dl(diferenca e rrugëve të valëve ndërhyrëse) distancat l 1 Dhe l 2 nga burimet e valës deri në këtë pikë është e barabartë me gjysmën e gjatësisë së valës:

ose një numër tek i gjysmë-valëve (Fig. 84, A):

.

Ky është kushti i minimumit të interferencës.

Maksimumi i interferencës vërehet në pikat në hapësirë ​​ku valët arrijnë me të njëjtën fazë lëkundjeje (Fig. 84, b). Me të njëjtin ligj të lëkundjes së dy burimeve, për të përmbushur këtë kusht, ndryshimi i rrugës Dl duhet të jetë e barabartë me një numër të plotë valësh:

Ku zhduket energjia e dy valëve në vendet e interferencës minimale? Nëse marrim parasysh vetëm një vend ku takohen dy valë, atëherë një pyetje e tillë nuk mund të përgjigjet saktë. Përhapja e valëve nuk është një koleksion proceset e pavarura dridhjet në pika të veçanta në hapësirë. Thelbi i procesit të valës është transferimi i energjisë vibruese nga një pikë e hapësirës në tjetrën, etj. Kur valët ndërhyjnë në vendet e interferencave minimale, energjia e lëkundjeve që rezultojnë është në fakt më e vogël se shuma e energjive të dy valëve ndërhyrëse. Por në vendet e maksimumit të ndërhyrjes, energjia e lëkundjeve rezultuese tejkalon shumën e energjive të valëve ndërhyrëse me saktësisht të njëjtën sasi sa energjia në vendet e interferencës minimale është ulur. Kur valët ndërhyjnë, energjia e lëkundjes rishpërndahet në hapësirë, por në të njëjtën kohë plotësohet ligji i ruajtjes së energjisë.

Devijimi i drejtimit të përhapjes së valës nga vija e drejtë në kufirin e një pengese quhet difraksioni i valës. Difraksioni i valëve ndodh kur ato ndeshen me një pengesë të çdo forme dhe madhësie. Zakonisht, kur madhësia e pengesës ose vrimës në pengesë është e madhe në krahasim me gjatësinë e valës, difraksioni i valës është pak i dukshëm. Difraksioni manifestohet më qartë kur valët kalojnë përmes një hapjeje me dimensione në rendin e gjatësisë së valës ose kur ndeshen me pengesa të të njëjtave dimensione. Në distanca mjaft të mëdha ndërmjet burimit të valës, pengesës dhe vendit ku vërehen valët, fenomenet e difraksionit mund të ndodhin edhe kur madhësive të mëdha vrima ose pengesa.

Shkaku i difraksionit është ndërhyrja. Kjo shpjegohet Parimi Huygens-Fresnel: çdo pikë në mjedisin që arrin vala bëhet burim i valëve dytësore që ndërhyjnë në pikat pasuese të hapësirës.

Valët në këmbë

Lëreni valën të ecë përgjatë boshtit të abshisës, të arrijë një pengesë që ndodhet në origjinën e koordinatave dhe pa humbje energjie të fillojë të lëvizë përgjatë boshtit të abshisës nga e djathta në të majtë, duke u takuar dhe duke i shtuar valës që shkon nga e majta në të djathtë. Këtu ka dy raste të mundshme.

1) Vala reflektohet në një pikë RRETH në të njëjtën fazë në të cilën ajo erdhi tek ajo (Fig. 85, A). Në këtë rast, ekuacioni i një valë që udhëton nga e majta në të djathtë ka formën

,

dhe për valën e reflektuar ekuacioni do të shkruhet si më poshtë:

.

Duke shtuar të dy ekuacionet, marrim:

.

Duke e shndërruar shumën e kosinuseve në një produkt, marrim

.

Këtu është vlera nuk varet nga koha, prandaj, kjo është amplituda e lëkundjes së re të të gjitha pikave të valës. Shprehja nën shenjën e kosinusit në faktorin e dytë nuk varet nga koordinata.

Pra, si rezultat i shtimit të valëve udhëtuese dhe të reflektuara, kemi marrë një valë të re, faza e së cilës nuk varet nga koordinata, por amplituda e lëkundjeve varet nga koordinata. Kjo valë quhet valë në këmbë.

U valë në këmbë ka pika ku amplituda e lëkundjeve është zero. Këto pika quhen nyjet valë në këmbë (Fig. 85, b). Le të gjejmë koordinatat e tyre, duke supozuar .

Por kosinus e barabartë me zero, nëse argumenti i tij është një numër tek p/2, prandaj

,

nga ku marrim se koordinatat e nyjeve përcaktohen nga kushti

.

Një valë në këmbë ka pika ku amplituda e valës në këmbë është dyfishi i amplitudës së valës udhëtuese. Këto pika quhen antinyjet valë në këmbë. Natyrisht, ne marrim koordinatat e antinyjeve duke vendosur , për të cilën është e nevojshme që të plotësohet kushti

prej nga rrjedh se koordinatat e antinyjeve plotësojnë relacionin:

2) Vala reflektohet në një pikë RRETH në fazën e kundërt në krahasim me valën udhëtuese (Fig. 86). Në këtë rast, ekuacioni i valës që udhëton nga e majta në të djathtë do të shkruhet në të njëjtën formë, dhe ekuacioni i valës së reflektuar do të marrë formën:

.

Duke shtuar të dy ekuacionet valore, ne përsëri marrim ekuacionin e valës në këmbë, të cilin lexuesi mund ta shohë lehtësisht vetë. Por amplituda e valës në këmbë në këtë rast do të ketë formën:

.

Nga kjo nuk është e vështirë të konkludohet se në këtë rast, në vend të nyjeve, do të shfaqen antinyjet, dhe në vend të antinyjeve, do të shfaqen nyjet e valëve në këmbë.

Valët e zërit

Dega e fizikës që merret me studimin e dukurive të tingullit quhet akustikë, dhe dukuritë që lidhen me shfaqjen dhe përhapjen e valëve të zërit - dukuritë akustike.

Procesi i përhapjes së ngjeshjes ose rrallimit në një gaz ndodh si rezultat i përplasjeve të molekulave të gazit, prandaj shpejtësia e zërit në një gaz është afërsisht e barabartë me shpejtësinë e lëvizjes së molekulave. Shpejtësia mesatare Lëvizja termike e molekulave zvogëlohet me uljen e temperaturës së gazit, prandaj, shpejtësia e përhapjes së zërit zvogëlohet me uljen e temperaturës së gazit. Për shembull, në hidrogjen, kur temperatura ulet nga 300 në 17 K, shpejtësia e zërit zvogëlohet nga 1300 në 320 m/s. Nga matje moderne shpejtësia e zërit në ajër në kushte normale e barabartë me 331 m/s.

Komunikimi ndërmjet atomeve dhe molekulave në lëngje dhe të ngurta shumë më të ngurtë se sa në gazra. Prandaj, shpejtësia e përhapjes së valëve të zërit në lëngje dhe trupa të ngurtë është shumë më e madhe se shpejtësia e zërit në gaze. Pra, shpejtësia e zërit në ujë është 1500 m/s, dhe në çelik - 6000 m/s.

Një person karakterizon çdo tingull në përputhje me perceptimin e tij sipas nivelit të volumit.

Forca e valës së zërit në daullen e veshit të njeriut varet nga presioni i zërit. Presioni i zërit- Kjo presion shtesë, që ndodh në një gaz ose lëng gjatë kalimit të një valë zanore. Kufiri i poshtëm i perceptimit të zërit nga veshi i njeriut korrespondon me një presion të zërit prej afërsisht 10 -5 Pa. Kufiri i sipërm Presioni i zërit në të cilin shfaqet një ndjesi dhimbjeje në vesh është afërsisht 100 Pa. Valët e zërit me një amplitudë të madhe të ndryshimeve të presionit të zërit perceptohen nga veshi i njeriut si tinguj të lartë, dhe me një amplitudë të vogël të ndryshimeve të presionit të zërit - si tinguj të qetë.

Dridhjet e zërit ndodhin përgjatë ligji harmonik, perceptohen nga një person si i caktuar ton muzikor. Lëkundjet Frekuencë e lartë perceptohen si tinguj ton i lartë, tingujt me frekuencë të ulët janë si tingujt ton i ulët. Gama dridhjet e zërit, që korrespondon me një ndryshim të dyfishtë në frekuencën e dridhjeve të zërit, quhet oktavë.

Dridhjet e zërit që nuk i binden ligjit harmonik perceptohen nga njerëzit si një tingull kompleks me timbër. Në të njëjtën lartësi, tingujt e prodhuar, për shembull, nga një violinë dhe një piano, ndryshojnë në timbër.

Gama e frekuencës së dridhjeve të zërit të perceptuara nga veshi i njeriut varion nga afërsisht 20 deri në 20,000 Hz. Valët gjatësore në një mjedis me një frekuencë ndryshimi presioni më të vogël se 20 Hz quhen infratingulli, me një frekuencë prej më shumë se 20,000 Hz - ultratinguj.

Ultratingulli ndikon objekte biologjike. Me intensitet të ulët, aktivizon proceset metabolike dhe rrit përshkueshmërinë membranat qelizore, prodhon mikromasazh të indeve. Në intensitet të lartë, shkatërron qelizat e kuqe të gjakut, duke shkaktuar mosfunksionim dhe vdekje të mikroorganizmave dhe kafshëve të vogla. Duke shkatërruar membranat e qelizave bimore dhe shtazore me ultratinguj, ato nxirren prej tyre biologjikisht. substancave aktive(enzimat, toksinat). Në kirurgji, ultratingulli përdoret për të shkatërruar tumoret malinje, kockat e sharrimit etj.

Ekografia prodhohet dhe perceptohet nga shumë kafshë. Për shembull, qentë, macet, minjtë dëgjojnë ultratinguj me një frekuencë deri në 100 kHz. Shumë insekte janë gjithashtu të ndjeshme ndaj tyre. Disa kafshë përdorin ultratinguj për orientim në hapësirë ​​(vendndodhja me ultratinguj). Lakuriq nate lëshon periodikisht sinjale të shkurtra tejzanor (30-120 kHz) në drejtim të fluturimit. Duke kapur sinjalet e reflektuara nga objektet, kafsha përcakton pozicionin e objektit dhe vlerëson distancën me të. Kjo metodë e vendndodhjes përdoret edhe nga delfinët, të cilët lundrojnë lirshëm ujë me baltë, Në padituri. Përdorimi i ultrazërit për ekolokacion është mjaft i natyrshëm. Sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës së rrezatimit, aq më të vogla mund të jenë objektet që duhen identifikuar. Në këtë rast, dimensionet lineare të objektit duhet të jenë më të mëdha se ose të paktën sipas rendit të gjatësisë së valës së zërit. Pra, një frekuencë prej 80 kHz korrespondon me një gjatësi vale prej 4 mm. Përveç kësaj, me zvogëlimin e gjatësisë së valës, drejtimi i rrezatimit realizohet më lehtë dhe kjo është shumë e rëndësishme për ekolokimin.

Një person përdor vendndodhjen tejzanor për të studiuar topografinë e shtratit të detit, për të zbuluar shkollat ​​e peshqve dhe ajsbergëve. Në mjekësi, diagnostikimi me ultratinguj përdoret, për shembull, për të identifikuar tumoret në organet e brendshme.

Infratinguj - me frekuencë të ulët valët elastike- shoqërojnë një person në Jeta e përditshme. Burime të fuqishme të infratingujve janë shkarkimet e rrufesë (bubullima), të shtënat me armë, shpërthimet, rrëshqitjet e dheut, stuhitë, funksionimi i makinerive dhe transporti urban. Përdorimi i vazhdueshëm i infratingujve të fuqishëm të frekuencave të caktuara (3-10 Hz) janë të dëmshëm për shëndetin e njeriut, ato mund të shkaktojnë shikim të paqartë, çrregullime nervore, dridhje rezonante organet e brendshme, humbje memorie.

E veçanta e infratingujve është përthithja e tyre e dobët nga materia, prandaj, ato kalojnë lehtësisht nëpër pengesa dhe mund të përhapen shumë distanca të gjata. Kjo lejon, për shembull, të parashikojë qasjen fatkeqesi natyrore- stuhi, cunami. Shumë peshq, gjitarë detarë dhe zogj duket se perceptojnë infratinguj ndërsa reagojnë ndaj stuhive që afrohen.

Valët e zërit që ndeshen me çdo trup shkaktojnë dridhje të detyruara. Nëse frekuenca natyrore dridhje të lira trupi përkon me frekuencën e valës së zërit, atëherë kushtet për transferimin e energjisë nga vala e zërit në trup janë më të mirat - trupi është një rezonator akustik. Amplituda lëkundjet e detyruara në të njëjtën kohë arrin vlerën maksimale - vërehet rezonancë akustike.

Rezonatorët akustikë janë, për shembull, tubat e instrumenteve frymore. Në këtë rast, ajri në tub vepron si një trup që përjeton lëkundje rezonante. Aftësia e veshit për të dalluar tingujt sipas lartësisë dhe timbrit lidhet me dukuritë rezonante, që ndodh në membranën kryesore. Duke vepruar në membranën kryesore, valë zanore shkakton dridhje rezonante të fibrave të caktuara në të, frekuenca natyrore e të cilave korrespondon me frekuencat e spektrit harmonik të një vibrimi të caktuar. Qelizat nervore, të lidhura me këto fibra, ngacmohen dhe dërgojnë impulset nervore V departamenti qendror analizues dëgjimor, ku ato, kur përmblidhen, shkaktojnë një ndjenjë të lartësisë dhe timbrit të tingullit.

Valë të lehta

Në një valë të lehtë ata bëjnë shpejt ( n=10 14 Hz) lëkundjet e vazhdueshme të vektorëve të forcës së fushës elektrike dhe induksionit të fushës magnetike. Lëkundjet e tyre janë të ndërlidhura dhe ndodhin në drejtime pingul me rreze (vala e dritës është e tërthortë), dhe kështu që vektorët e tensionit dhe induksionit janë reciprokisht pingul (Fig. 87).

Siç tregojnë eksperimentet, efekti i dritës në sy dhe marrës të tjerë është për shkak të dridhjeve vektor elektrik, i quajtur, pra, dritë. Për një valë të rrafshët sinusoidale që përhapet me shpejtësi u në drejtim r, lëkundjet e vektorit të dritës përshkruhen me ekuacion

.

Drita që ka një frekuencë (ose gjatësi vale) specifike quhet monokromatike. Nëse lëkundjet e vektorit të dritës ndodhin vetëm në një rrafsh që kalon nëpër rreze, atëherë drita quhet aeroplan i polarizuar. Drita natyrale përmban dridhje në të gjitha drejtimet.

Kur drita kalon nga një medium në tjetrin, frekuenca e saj mbetet e pandryshuar, por gjatësia e valës përkatëse ndryshon, sepse shpejtësia e dritës në mjedise të ndryshme të ndryshme. Shpejtësia e dritës në vakum s=3 10 8 m/s.

Valët koherente të dritës (si valët e çdo natyre tjetër) ndërhyjnë. Për më tepër, burimet e pavarura të dritës (me përjashtim të lazerëve) nuk mund të jenë koherente, sepse në secilën prej tyre drita emetohet nga shumë atome që lëshojnë në mënyrë të paqëndrueshme. Koherenca mund të arrihet duke ndarë një valë nga një burim në dy pjesë dhe më pas duke i bashkuar ato. Rrezatuar nga një grup atomesh, dy valët e përftuara në këtë mënyrë do të jenë koherente dhe, kur mbivendosen, mund të ndërhyjnë. Në praktikë, ndarja e një valë në dy mund të bëhet menyra te ndryshme. Në instalimin e propozuar nga T. Jung, drite e bardhe kalon nëpër një vrimë të ngushtë S(Fig. 88, A), pastaj duke përdorur dy vrima S 1 Dhe S 2 trau ndahet në dysh. Këto dy rreze, të mbivendosura me njëri-tjetrin, formojnë një shirit të bardhë në qendër të ekranit, dhe ato të ylberta në skajet. Valët e dritës reflektohen pjesërisht nga sipërfaqja e një filmi të hollë dhe pjesërisht transmetohen në të. Në kufirin e dytë të filmit, valët reflektohen përsëri (Fig. 88, b). Valët e dritës të reflektuara nga dy sipërfaqe të një filmi të hollë udhëtojnë në të njëjtin drejtim, por marrin shtigje të ndryshme. Për një ndryshim të rrugës që është shumëfish i një numri të plotë të gjatësive valore:

vihet re një maksimum i interferencës.

Për një ndryshim që është një shumëfish i një numri tek të gjysmëvalëve:

,

vihet re një minimum interferencash. Kur kushti maksimal plotësohet për një gjatësi vale të dritës, nuk plotësohet për gjatësi vale të tjera. Prandaj, kur ndriçohet nga drita e bardhë, një film i hollë, i pangjyrë, transparent shfaqet me ngjyrë. Kur trashësia e filmit ose këndi i incidencës së valëve të dritës ndryshon, ndryshimi i rrugës ndryshon dhe kushti maksimal plotësohet për dritën me një gjatësi vale të ndryshme.

Ngjyrosja e ndritshme e disa guacave (nënës së perlës), e ylbertë me të gjitha ngjyrat e ylberit dhe puplave të shpendëve, në sipërfaqen e të cilave ka luspa më të holla transparente të padukshme për syrin, mund të shpjegohet gjithashtu me ndërhyrje.

Metodat e ndërhyrjes kanë gjetur aplikim të gjerë në një sërë fushash të shkencës dhe teknologjisë. Modeli i ndërhyrjes është shumë i ndjeshëm ndaj faktorëve që ndryshojnë diferencën e rrugës së rrezeve. Kjo është baza për matjen me saktësi të lartë të gjatësive, densiteteve, indekseve të thyerjes, cilësisë së lustrimit të sipërfaqes, etj. Një nga aplikimet është ndriçimi i optikës. Për të reduktuar dritën e reflektuar nga sipërfaqet e qelqit instrumente optike(për shembull, lente), një film i veçantë i hollë transparent aplikohet në këto sipërfaqe. Trashësia e saj zgjidhet në mënyrë që rrezet e një gjatësi vale të caktuar të reflektuara nga të dy sipërfaqet të shuhen kryesisht për shkak të ndërhyrjeve. Pa film në secilën lente, humbet deri në 10% e energjisë së dritës.

Dukuria e shmangies së dritës nga drejtimi drejtvizor i përhapjes kur kalon në buzë të një pengese quhet difraksioni i dritës. Për shkak të gjatësisë së valës së shkurtër të dritës, modeli i difraksionit është i qartë nëse pengesat ose vrimat janë të vogla në madhësi (të krahasueshme me gjatësinë e valës). Difraksioni i dritës shoqërohet gjithmonë me ndërhyrje (parimi Huygens-Fresnel). Bazuar në këtë, kur ndriçoni një disk të errët në një ekran, mund të merrni një pikë të lehtë në qendër të hijes së saj dhe nga një vrimë e rrumbullakët një pikë të errët në qendër. Modeli i difraksionit në dritën e bardhë është me ngjyrë.

Fenomeni i difraksionit të dritës përdoret në instrumentet spektrale. Një nga elementët kryesorë të pajisjeve të tilla është grilë difraksioni. Një grilë difraksioni është një grup i çarjeve të ngushta paralele, transparente ndaj dritës, të ndara nga hapësira të errëta (Fig. 89). Rrjetat më të mira kanë deri në 2000 rreshta për 1 mm sipërfaqe. Ku gjatesia totale grila 100-150 mm. Rrjeta të tilla zakonisht fitohen duke aplikuar një seri goditjesh paralele - gërvishtje - në një pjatë xhami duke përdorur makina speciale. Zonat e padëmtuara luajnë rolin e çarjeve dhe gërvishtjet që shpërndajnë dritën veprojnë si hapësira të errëta. Nëse në një sipërfaqe metalike të lëmuar aplikohen shenja të errëta (gërvishtje), do të merrni një të ashtuquajtur grilë difraksioni reflektues. Shuma Me gjerësia Açarje dhe boshllëqe b midis çarjeve quhet konstante periode ose rrjetë:

Le të shohim pikat kryesore teori elementare grilë difraksioni. Lëreni një valë të rrafshët monokromatike me gjatësi l(Fig. 90). Burimet dytësore në të çarat krijojnë valë drite që udhëtojnë në të gjitha drejtimet. Le të gjejmë gjendjen në të cilën valët që vijnë nga të çarat përforcojnë njëra-tjetrën. Për ta bërë këtë, merrni parasysh valët që përhapen në drejtimin e përcaktuar nga këndi j. Diferenca e rrugës midis valëve nga skajet e çarjeve ngjitur është e barabartë me gjatësinë e segmentit AC. Nëse ky segment përmban një numër të plotë të gjatësive valore, atëherë valët nga të gjitha çarjet, duke mbledhur lart, do të përforcojnë njëra-tjetrën. Nga një trekëndësh ABC ju mund të gjeni gjatësinë e këmbës AC:

Maksimumet do të vërehen në një kënd j, e përcaktuar nga gjendja

,

Ku k=0, 1, 2,... Këto maksimum quhen kryesore.

Duhet pasur parasysh se kur plotësohet kushti maksimal, nuk amplifikohen vetëm valët që vijnë nga majtas (sipas figurës) skajet e çarjeve, por edhe valët që vijnë nga të gjitha pikat e tjera të çarjeve. Çdo pikë në të çarën e parë korrespondon me një pikë në të çarën e dytë në një distancë Me. Prandaj, ndryshimi në rrugën e valëve dytësore të emetuara nga këto pika është i barabartë me , dhe këto valë amplifikohen reciprokisht.

Pas grilës vendoset një lente grumbulluese, në rrafshin fokal të së cilës ndodhet ekrani. Lente fokuson rrezet që udhëtojnë paralelisht në një pikë, në të cilën valët kombinohen dhe amplifikohen reciprokisht.

Meqenëse pozicioni i maksimumit (përveç atij qendror, përkatës k=0) varet nga gjatësia e valës, atëherë grila ndan dritën e bardhë në një spektër(Fig. 91). Më shumë l, aq më tej ky apo ai maksimumi që korrespondon me një gjatësi vale të caktuar ndodhet nga maksimumi qendror. Çdo vlerë k korrespondon me spektrin e tij.

Duke përdorur një grilë difraksioni, mund të bëhen matje shumë të sakta të gjatësisë së valës. Nëse dihet periudha e grilës, atëherë përcaktimi i gjatësisë së valës reduktohet në matjen e këndit j, që korrespondon me drejtimin në maksimum.

Nëse shqyrtoni krahët e fluturave nën një mikroskop, do të vini re se ato përbëhen nga numer i madh elemente madhësia e të cilëve është në rendin e gjatësisë valore dritë e dukshme. Kështu, krahu i një fluture është një lloj grilë difraksioni. Shiriti i ylberit është gjithashtu i dukshëm në sytë e pilivesa dhe insekteve të tjera. Formohet për faktin se sytë e tyre të përbërë përbëhen nga një numër i madh "sysh" individualë - aspekte, d.m.th. janë gjithashtu "të gjallë" grilat e difraksionit.

Difraksioni dhe interferenca e valëve. Tipike efektet e valëzimit janë dukuritë e interferencës dhe difraksionit. Fillimisht, difraksioni ishte devijimi i përhapjes së dritës nga drejtimi drejtvizor. Ky zbulim u bë në vitin 1665 nga Abati Francesco Grimaldi dhe shërbeu si bazë për zhvillimin e teorisë së valës së dritës.

Difraksioni i dritës ishte përkulja e dritës rreth kontureve të objekteve të errët dhe, si pasojë, depërtimi i dritës në rajonin e hijes gjeometrike. Pas krijimit të teorisë së valës, rezultoi se difraksioni i dritës është pasojë e fenomenit të ndërhyrjes së valëve të emetuara nga burime koherente të vendosura në pika të ndryshme të hapësirës. Valët thuhet se janë koherente nëse ndryshimi i fazës së tyre mbetet konstant me kalimin e kohës. Burimet e valëve koherente janë lëkundje koherente të burimeve valore. Valët sinus, frekuencat e të cilave nuk ndryshojnë me kalimin e kohës, janë gjithmonë koherente. Valët koherente të emetuara nga burime të vendosura në pika të ndryshme përhapen në hapësirë ​​pa ndërveprim dhe formojnë një fushë valore totale. Në mënyrë të rreptë, vetë valët nuk mblidhen. Por nëse një pajisje regjistrimi ndodhet në çdo pikë të hapësirës, ​​atëherë elementi i saj i ndjeshëm do të vendoset në lëvizje osciluese nën ndikimin e valëve. Çdo valë vepron në mënyrë të pavarur nga të tjerat dhe lëvizja element i ndjeshëm paraqet shumën e luhatjeve.

Me fjalë të tjera, në këtë proces nuk formohen valët, por lëkundjet e shkaktuara nga valët koherente.

Oriz. 3.1. Sistemi i dyfishtë me burim dhe detektor. L është distanca nga burimi i parë në detektor, L është distanca nga burimi i dytë në detektor, d është distanca midis burimeve. Si shembull themelor Le të shqyrtojmë ndërhyrjen e valëve të emetuara nga burime koherente me dy pika, shih Fig. 3.1. Frekuencat dhe fazat fillestare të lëkundjeve të burimit përkojnë.

Burimet ndodhen në një distancë të caktuar d nga njëra-tjetra. Detektori që regjistron intensitetin e fushës valore të gjeneruar ndodhet në një distancë L nga burimi i parë. Lloji i modelit të ndërhyrjes varet nga parametrat gjeometrikë burimet e valëve koherente, mbi dimensionin e hapësirës në të cilën përhapen valët etj. Le të shqyrtojmë funksionet e valëve që janë pasojë e lëkundjeve të emetuara nga burime koherente me dy pika.

Për ta bërë këtë, le të vendosim boshtin z siç tregohet në Fig. 3.1. Pastaj funksionet e valës do të duket kështu 3.1 Le të prezantojmë konceptin e ndryshimit të rrugës së valës. Për ta bërë këtë, merrni parasysh distancat nga burimet në detektorin e regjistrimit L dhe L. Distanca midis burimit të parë dhe detektorit L ndryshon nga distanca midis burimit të dytë dhe detektorit L me vlerën t. Për të gjetur t, merrni parasysh një trekëndësh kënddrejtë që përmban vlerat t dhe d. Atëherë mund ta gjeni lehtësisht t duke përdorur funksionin sinus 3.2 Kjo vlerë do të quhet diferenca e rrugës së valës. Tani le ta shumëzojmë këtë vlerë me numrin e valës k dhe të marrim një vlerë të quajtur diferencë fazore. Le ta shënojmë si 3.3 Kur dy valë arrijnë në detektor, funksionet 3.1 do të marrin formën 3.4 Për të thjeshtuar ligjin sipas të cilit detektori do të lëkundet, le të vendosim vlerën -kL 1 në zero në funksionin x1 t. Le të shkruajmë vlerën e L në funksionin x2 t duke përdorur funksionin 3.4. Nëpërmjet transformimeve të thjeshta marrim atë 3.5 ku 3.6 Mund të vëreni se raportet 3.3 dhe 3.6 janë të njëjta. Më parë, kjo sasi përcaktohej si diferencë fazore. Bazuar në atë që u tha më herët, Lidhja 3.6 mund të rishkruhet si më poshtë: 3.7 Tani le të shtojmë funksionet 3.5. 3.8 Duke përdorur metodën e amplitudave komplekse, fitojmë relacionin për amplitudën e lëkundjes totale 3.9 ku?0 përcaktohet nga relacioni 3.3. Pasi të jetë gjetur amplituda e lëkundjes totale, intensiteti i lëkundjes totale mund të gjendet si katrori i amplitudës 3.10 Konsideroni një grafik të intensitetit të lëkundjes totale për parametra të ndryshëm.

Këndi? ndryshon në intervalin 0, kjo mund të shihet nga figura 3.1, gjatësia e valës varion nga 1 në 5. Konsideroni rast i veçantë, kur L d. Ky është zakonisht rasti në eksperimentet e shpërndarjes. rrezet x.

Në këto eksperimente, detektori i rrezatimit të shpërndarë zakonisht ndodhet në një distancë shumë më të madhe se madhësia e mostrës që studiohet.

Në këto raste, valët dytësore hyjnë në detektor, i cili përafërsisht mund të supozohet se është i rrafshët me saktësi të mjaftueshme.

Në këtë rast, vektorët valorë të valëve individuale të valëve dytësore të emetuara qendra të ndryshme rrezatim i shpërndarë, paralel. Besohet se në këtë rast kushtet e difraksionit të Fraunhofer janë të kënaqura. 2.3.2. Difraksioni i rrezeve X Difraksioni i rrezeve X është një proces që ndodh gjatë shpërndarjes elastike rrezatimi me rreze x dhe konsiston në shfaqjen e trarëve të difraktuara të devijuara që përhapen nën kënde të caktuara te pakoja primare.

Difraksioni i rrezeve X shkaktohet nga koherenca hapësinore e valëve dytësore që lindin kur rrezatimi primar shpërndahet nga elektronet që përbëjnë atomet. Në disa drejtime, të përcaktuara nga marrëdhënia midis gjatësisë së valës së rrezatimit dhe distancave ndëratomike në substancë, valët dytësore mblidhen duke qenë në të njëjtën fazë, duke rezultuar në krijimin e një rreze difraksioni intensiv. Me fjalë të tjera, nën ndikim fushë elektromagnetike të valës rënëse, grimcat e ngarkuara të pranishme në çdo atom bëhen burime të valëve sferike të shpërndara dytësore. Valët dytësore individuale ndërhyjnë me njëra-tjetrën, duke formuar rreze rrezatimi të përforcuar dhe të dobësuar që përhapen në drejtime të ndryshme.

Nëse shpërndarja është elastike, atëherë moduli i vektorit të valës gjithashtu nuk ndryshon. Le të shqyrtojmë rezultatin e ndërhyrjes së valëve dytësore në një pikë të largët nga të gjitha qendrat e shpërndarjes në një distancë shumë më të madhe se distancat ndëratomike në kampionin e rrezatuar në studim. Le të ketë një detektor në këtë pikë dhe lëkundjet e shkaktuara nga valët e shpërndara që arrijnë në këtë pikë mblidhen. Meqenëse distanca nga shpërndarësi në detektor e tejkalon ndjeshëm gjatësinë e valës së rrezatimit të shpërndarë, seksionet e valëve dytësore që arrijnë në detektor mund të konsiderohen me një shkallë të mjaftueshme saktësie si të sheshta, dhe vektorët e tyre valorë si paralelë.

Kështu, modeli fizik i shpërndarjes së rrezeve X, në analogji me optikën, mund të quhet difraksion Fraunhofer. Në varësi të këndit të shpërndarjes së këndit midis vektorit të valës së valës primare dhe vektorit që lidh kristalin dhe detektorin, amplituda e lëkundjes totale do të arrijë një minimum ose maksimum. Intensiteti i rrezatimit i regjistruar nga detektori është proporcional me katrorin e amplitudës totale.

Rrjedhimisht, intensiteti varet nga drejtimi i përhapjes së valëve të shpërndara që arrijnë në detektor, nga amplituda dhe gjatësia e valës së rrezatimit primar, si dhe nga numri dhe koordinatat e qendrave shpërndarëse. Përveç kësaj, u formua amplituda e valës dytësore atom të veçantë, dhe për këtë arsye përcaktohet intensiteti i përgjithshëm faktor atomik- një funksion në rënie të këndit të shpërndarjes, në varësi të densitetit të elektroneve të atomeve. 2.3.3.

Fundi i punës -

Kjo temë i përket seksionit:

Shpërndarja e rrezeve X në molekulat e fullerenit

Është e rëndësishme që koordinata të jetë jo vetëm karteziane, por edhe një kënd, etj. Ka shumë lloje të lëvizjeve periodike. Për shembull, kjo është lëvizje uniforme pikë materiale nga.. Lloji i rëndësishëm lëvizjet periodike janë lëkundje në të cilat një pikë materiale kalon dy herë gjatë një periudhe T.

Nëse keni nevojë material shtesë për këtë temë, ose nuk e gjetët atë që po kërkoni, ju rekomandojmë të përdorni kërkimin në bazën e të dhënave tona të veprave:

Çfarë do të bëjmë me materialin e marrë:

Nëse ky material ishte i dobishëm për ju, mund ta ruani në faqen tuaj në rrjetet sociale:

Natyra valore e dritës. Në shekullin e 17-të, shkencëtari holandez Christiaan Huygens shprehu idenë se drita ka një natyrë valore. Nëse madhësia e objektit është e krahasueshme me gjatësinë e valës, atëherë drita duket se futet në zonën e hijes dhe kufiri i hijes duket i paqartë. Këto dukuri nuk mund të shpjegohen me përhapjen drejtvizore të dritës. Ideja binte në kundërshtim me thëniet e I. Njutonit se drita është një rrymë grimcash, por natyra valore e dritës u konfirmua eksperimentalisht në fenomene të tilla si ndërhyrja dhe difraksioni.

Shpjegojini këto dukuritë e valësështë e mundur duke përdorur dy koncepte: parimi i Huygens-it dhe koherenca e dritës.

Parimi i Huygens.Parimi i Huygensështë si më poshtë: çdo pikë ballë valësh mund të konsiderohet si një burim dytësor i valëve elementare që përhapen në drejtimin fillestar me shpejtësinë e valës primare. Kështu, vala primare mund të konsiderohet si shuma e valëve elementare sekondare. Sipas parimit të Huygens-it, pozicioni i ri i frontit të valës së valës parësore përkon me lakoren e mbështjelljes nga valët sekondare elementare (Fig. 11.20).

Oriz. 11.20. Parimi i Huygens.

Koherencë. Që të ndodhë difraksioni dhe interferenca, kushti i qëndrueshmërisë së diferencës fazore të valëve të dritës nga burime të ndryshme Sveta:

Quhen valët, ndryshimi i fazës së të cilave mbetet konstant koherente.

Faza e valës është një funksion i distancës dhe kohës:

Kushti kryesor për koherencë është qëndrueshmëria e frekuencës së dritës. Megjithatë, në realitet drita nuk është rreptësisht monokromatike. Prandaj, frekuenca dhe, rrjedhimisht, diferenca fazore e dritës mund të mos varet nga një prej parametrave (qoftë koha ose distanca). Nëse frekuenca nuk varet nga koha, quhet koherencë kohore, dhe kur nuk varet nga distanca - hapësinore. Në praktikë, duket sikur modeli i ndërhyrjes ose i difraksionit në ekran ose nuk ndryshon me kalimin e kohës (me koherencë kohore), ose ruhet kur ekrani lëviz në hapësirë ​​(me koherencë hapësinore).

Ndërhyrja e dritës. Në vitin 1801, fizikani, mjeku dhe astronomi anglez T. Young (1773 – 1829) mori një konfirmim bindës të natyrës valore të dritës dhe mati gjatësinë e valës së dritës. Diagrami i eksperimentit të Young është paraqitur në Fig. 11.21. Në vend të dy vijave të pritshme nëse drita do të ishte grimca, ai pa një sërë vijash të alternuara. Kjo mund të shpjegohet duke supozuar se drita është një valë.

Ndërhyrja e dritës quhet fenomeni i mbivendosjes së valëve. Ndërhyrja e dritës karakterizohet nga formimi i një modeli ndërhyrjeje të palëvizshme (konstante në kohë) - një alternim i rregullt në hapësirën e zonave me intensitet të rritur dhe të zvogëluar të dritës, që rezulton nga mbivendosja e valëve koherente të dritës, d.m.th. valë të së njëjtës frekuencë që kanë një ndryshim fazor konstant.

Është pothuajse e pamundur të arrihet një ndryshim konstant fazor midis valëve nga burime të pavarura. Prandaj, metoda e mëposhtme zakonisht përdoret për të marrë valë koherente të dritës. Drita nga një burim ndahet disi në dy ose më shumë rreze dhe, pasi i dërgon ato nëpër shtigje të ndryshme, ato më pas bashkohen. Modeli i ndërhyrjes i vërejtur në ekran varet nga ndryshimi në shtigjet e këtyre valëve.

Kushtet e interferencës maksimale dhe minimale. Mbivendosja e dy valëve me të njëjtën frekuencë dhe një ndryshim fazor konstant çon në shfaqjen në ekran, për shembull, kur drita godet dy çarje, një model ndërhyrje - vija të alternuara të lehta dhe të errëta në ekran. Arsyeja e shfaqjes së shiritave të dritës është mbivendosja e dy valëve në atë mënyrë që të shtohen dy maksimum në një pikë të caktuar. Kur maksimumi dhe minimumi i valës mbivendosen në një pikë të caktuar, ato kompensojnë njëra-tjetrën dhe shfaqet një shirit i errët. Figura 11.22a dhe Figura 11.22b ilustrojnë kushtet për formimin e minimumeve dhe maksimaleve të intensitetit të dritës në ekran. Për të shpjeguar këto fakte në një nivel sasior, ne prezantojmë shënimin e mëposhtëm: Δ – ndryshimi i rrugës, d – distanca ndërmjet dy çarjeve, – gjatësia e valës së dritës. Në këtë rast, gjendja maksimale, e cila është ilustruar në Fig. 11.22b, paraqet shumëfishin e diferencës midis rrugës dhe gjatësisë së valës së dritës:

Kjo do të ndodhë nëse lëkundjet e ngacmuara në pikën M nga të dy valët ndodhin në të njëjtën fazë dhe ndryshimi i fazës është:

ku m=1, 2, 3, ….

Kushti për shfaqjen e minimumeve në ekran është shumësia e gjysmëvalëve të dritës:

(11.4.5)

Në këtë rast, lëkundjet e valëve të dritës të ngacmuara nga të dyja valët koherente në pikën M në Fig. 11.22a do të ndodhin në antifazë me një ndryshim fazor:

(11.4.6)

Oriz. 11.21. Kushtet për formimin e minimumeve dhe maksimumeve të modelit të ndërhyrjes

Një shembull i ndërhyrjes është ndërhyrja në filma të hollë. Dihet mirë se nëse benzina ose vaji hidhet në ujë, do të duken njollat ​​me ngjyra. Kjo është për shkak të faktit se benzina ose vaji formon një film të hollë në ujë. Një pjesë e dritës reflektohet nga sipërfaqja e sipërme, dhe pjesa tjetër nga sipërfaqja e poshtme është ndërfaqja midis dy mediave. Këto valë janë koherente. Rrezet e reflektuara nga sipërfaqet e sipërme dhe të poshtme të filmit (Fig. 11.22) ndërhyjnë, duke formuar maksimum dhe minimum. Kështu, një model ndërhyrje shfaqet në filmin e hollë. Një ndryshim në trashësinë e filmit të benzinës ose vajit në sipërfaqen e ujit çon në një ndryshim në ndryshimin e rrugës për valët me gjatësi të ndryshme dhe, rrjedhimisht, një ndryshim në ngjyrën e shiritave.

Oriz. 11.22 Ndërhyrje në filma të hollë

Nje nga arritjet më të rëndësishme në përdorimin e ndërhyrjes është krijimi i një pajisjeje ultra të saktë për matjen e distancave - Interferometër Michelson(Fig. 11.24). Drita monokromatike bie në një pasqyrë të tejdukshme të vendosur në qendër të modelit, e cila ndan rrezen. Një rreze drite reflektohet nga një pasqyrë fikse e vendosur në krye të Fig. 11.23, e dyta nga një pasqyrë e lëvizshme e vendosur në të djathtë në Fig. 11.23. Të dy rrezet kthehen në pikën e vëzhgimit, duke ndërhyrë me njëri-tjetrin në regjistruesin e ndërhyrjes së valëve të dritës. Zhvendosja e pasqyrës së lëvizshme me një çerek gjatësi vale rezulton në zëvendësimin e vijave të lehta me ato të errëta. Saktësia e matjes së distancës e arritur në këtë rast është 10 -4 mm. Kjo është një nga metodat më të sakta për matjen e madhësisë së sasive mikroskopike, e cila ju lejon të matni distancat me një saktësi të krahasueshme me gjatësinë e valës së dritës.

Akordimi i instalimeve moderne të teknologjisë së lartë, për shembull, elementët e Përplasësit të Madh të Hadronit në CERN, ndodh me një saktësi të gjatësisë së valës së dritës.

Oriz. 11.23. Interferometër Michelson

Difraksioni. Zbulim eksperimental Fenomeni i difraksionit ishte një tjetër konfirmim i vlefshmërisë së teorisë valore të dritës.

Në Akademinë e Shkencave të Parisit në 1819, A. Fresnel prezantoi teorinë valore të dritës, e cila shpjegoi fenomenin e difraksionit dhe ndërhyrjes. Sipas teorisë së valës, difraksioni i dritës në një disk të errët duhet të çojë në shfaqjen e një njolle të ndritshme në qendër të diskut, pasi ndryshimi në rrugën e rrezeve në qendër të diskut është zero. Eksperimenti konfirmoi këtë supozim (Fig. 11.24). Sipas teorisë së Huygens, pikat në buzë të diskut janë burime të valëve dytësore të dritës dhe ato janë koherente me njëra-tjetrën. Prandaj, drita hyn në rajonin prapa diskut.

Difraksioni quhet dukuria e përkuljes së valëve rreth pengesave. Nëse gjatësia e valës është e gjatë, atëherë vala nuk duket se e vëren pengesën. Nëse gjatësia e valës është e krahasueshme me madhësinë e pengesës, atëherë kufiri i hijes së pengesës në ekran do të jetë i paqartë.

Oriz. 11.24. Difraksioni nga një disk i errët

Difraksioni i dritës nga një çarje e vetme rezulton në shfaqjen e shiritave të alternuar të dritës dhe të errët. Për më tepër, kushti për minimumin e parë ka formën (Fig. 11.25):

ku është gjatësia e valës, d është madhësia e çarjes.

E njëjta figurë tregon varësinë e intensitetit të dritës nga këndi i devijimit θ nga drejtimi i drejtë.

Oriz. 11.25. Kushti për formimin e maksimumit të 1-rë.

Një shembull i thjeshtë i difraksionit mund të vërehet për veten tonë: nëse shikojmë një llambë të dhomës përmes një të çare të vogël në pëllëmbë ose përmes vrimës së një gjilpëre, do të vërejmë rrathë koncentrikë shumëngjyrësh rreth burimit të dritës.

Bazuar në përdorimin e fenomenit të difraksionit punon spektroskopi- një pajisje për matjen shumë precize të gjatësive valore duke përdorur një grilë difraksioni (Fig. 11.26).

Oriz. 11.26. Spektroskopi.

Spektroskopi u shpik nga Joseph Fraunhofer në fillimi i XIX shekulli. Në të, drita që kalonte nëpër të çara dhe thjerrëza kolimente u shndërrua në një rreze të hollë rrezesh paralele. Drita nga burimi hyn në kolimator përmes një çarje të ngushtë. Çarja është në rrafshin fokal. Teleskopi ekzaminon rrjetën e difraksionit. Nëse këndi i prirjes së tubit përkon me këndin e drejtuar në maksimum (zakonisht i pari), atëherë vëzhguesi do të shohë një shirit të ndritshëm. Gjatësia e valës përcaktohet nga këndi θ i vendndodhjes së maksimumit të parë në ekran. Në thelb, kjo pajisje bazohet në parimin që është ilustruar në Fig. 11.25.

Për të marrë varësinë e intensitetit të dritës nga gjatësia e valës (kjo varësi quhet spektër), drita kaloi nëpër një prizëm. Në dalje nga ajo, si rezultat i shpërndarjes, drita u nda në përbërës. Duke përdorur një teleskop, ju mund të matni spektrat e rrezatimit. Pas shpikjes së filmit fotografik, u krijua një instrument më i saktë: spektrografi. Duke punuar në të njëjtin parim si një spektroskop, ai kishte një kamerë në vend të një tubi vëzhgimi. Në mesin e shekullit të njëzetë, kamera u zëvendësua nga një tub fotoshumësues elektronik, duke lejuar saktësinë dhe analizën në kohë reale në masë të madhe.

Ndërhyrja dhe difraksioni i dritës

Këto dukuri zbulojnë natyrën valore të dritës. Është interesante se teoria e valës së dritës u zhvillua shumë më herët sesa u bë e njohur natyra elektromagnetike Sveta.

Ndërhyrje. Ndërhyrja është rishpërndarja e intensitetit të dritës në hapësirë ​​kur valët e dritës mbivendosen mbi njëra-tjetrën. Një kusht i domosdoshëm ndërhyrja e vullnetit është yus koherencë. Me koherencë nënkuptojmë rrjedhën e proceseve valore të qëndrueshme në hapësirë ​​dhe kohë. Vetëm valët monokromatike të së njëjtës frekuencë janë rreptësisht koherente. Konsideroni dy valë drite koherente:

Këtu α 1 dhe α 2 - fazat fillestare të luftës.

Le të supozojmë për thjeshtësi se amplituda e valës është e barabartë:

Rezultati i mbivendosjes së valëve (2.25) është vala

Le të shkruajmë shprehjen në kllapa katrore si shuma e kosinuseve dhe marrim

Vala që rezulton (2.26) është gjithashtu monokromatike, ka një bashkë frekuencë dhe një amplitudë në varësi të fazat fillestare valë të grumbullueshme

Intensiteti i valës rezultuese

Për rast i përgjithshëm me amplituda të ndryshme të valëve të shtuara marrim

Termi kryq në anën e djathtë të (2.28) quhet ndërhyrje. Në varësi të diferencës së fazës së valëve të shtuara ( α 1 - α 2) intensiteti i valës që rezulton mund të jetë ose më i madh ose më i vogël se shuma e intensiteteve të valëve origjinale. Në përgjithësi, intensiteti i lëkundjes që rezulton është maksimal dhe i barabartë me

(n = 0, 1, 2, ...) dhe është minimale dhe e barabartë me

Pra, në intensitetin që rezulton është zero nëse α 1 – α 2 = π dhe është e barabartë me 4 I, nëse α 1 – α 2 = 0.

Të gjitha valët reale elektromagnetike nuk janë rreptësisht monokromatike dhe rreptësisht të polarizuara në plan, dhe për këtë arsye, rreptësisht koherente.

Aftësia e valëve reale për të ndërhyrë karakterizon shkallën e koherencës së tyre. Koherenca e valëve të radios është relativisht e lehtë për t'u siguruar. Në rangun e mikrovalëve, burimet e valëve koherente janë maserët, dhe në rangun optik, lazerët. Për frekuencë më të lartë valët elektromagnetike ende nuk janë krijuar burime koherente artificiale. Burimet natyrore, siç u përmend më lart, lëshojnë gjithmonë valë drite jokoherente. Nga kjo rrjedh se për të vëzhguar ndërhyrjen e valëve të ndryshme burimet natyrore e pamundur.

Megjithatë, nëse drita nga një burim ndahet në dy (ose më shumë) sisteme valore, rezulton se këto sisteme janë koherente dhe të afta të ndërhyjnë. Kjo shpjegohet me faktin se çdo sistem përfaqëson rrezatim nga të njëjtat atome të burimit.

Në Fig. Figura 2.13 paraqet një sistem bazë për vëzhgimin e interferencës së dritës duke përdorur metodën e Young. Burimi i dritës është një objektiv i ndriçuar me shkëlqim s në ekranin E1. Drita prej saj godet ekranin E2, në të cilin ka dy të çara të ngushta identike s 1 dhe s 2. Slotet s 1 dhe s 2 mund të konsiderohen si dy burime koherente.

Rezultati i ndërhyrjes vërehet në ekranin EZ në formën e shiritave të alternuar të errët (minimum) dhe të lehtë (maksimum) paralel me njëri-tjetrin.

Rezultati i saktë i ndërhyrjes varet nga marrëdhënia fazore e valëve në një pikë të caktuar të ekranit. Nëse valët arrijnë në fazë (Fig. 2.14), ato përforcojnë njëra-tjetrën, vërehet një maksimum; nëse në antifazë - minimale (Fig. 2.15). Marrëdhënia e fazës varet nga gjatësia e valës së dritës λ në vakum, distanca midis objektivave - d, si dhe këndi θ , nën të cilin kryhet vëzhgimi.

Le të shqyrtojmë rezultatin e mbivendosjes së valëve në një moment R, i ndarë nga vija qendrore me një distancë X(shih Fig. 2.13).

Dallimi i rrugës së rrezeve do të përcaktohet nga relacioni

Për të marrë një model të dukshëm ndërhyrjeje, duhet të keni prandaj mund të pranohet

Ne anen tjeter, . Nga Fig. 2.14 rrjedh se nëse diferenca e rrugës i përshtatet një numri të plotë të gjatësive valore λ, atëherë në pikën e vëzhgimit R 1 valë mbërrijnë në fazë dhe përforcojnë njëra-tjetrën, që korrespondon me një maksimum. Gjendja maksimale e ndërhyrjes

Nëse diferenca e rrugës përmban një numër gjysmë të plotë të gjatësive valore, ato arrijnë në pikën e vëzhgimit P 2 në antifazë dhe anulojnë njëra-tjetrën, që korrespondon me një minimum (shih Fig. 2.15).

Kushti për interferencat minimale

Në qendër të ekranit 33 (t.O) do të vërehet një maksimum qendror - maksimal - i rendit zero. Shenjat "±" korrespondojnë me vendndodhjen e maksimumit dhe minimumit në të dy anët në mënyrë simetrike nga maksimumi qendror. Numri m përcakton rendin e maksimumeve dhe minimaleve të interferencës. Distanca ndërmjet dy maksimumeve (ose minimaleve) ngjitur quhet gjerësia e skajit të interferencës ∆ X. Është e barabartë dhe konstante për një përvojë të caktuar.

Difraksioni i dritës. Nëse drita përhapet në një zonë homogjene të hapësirës dhe gjatësia e valës së dritës është e papërfillshme në krahasim me dimensionet karakteristike të zonës, atëherë përhapja e dritës i bindet ligjeve optika gjeometrike. Në këtë rast, ne përdorim konceptin rreze drite, d.m.th. një rreze shumë e ngushtë drite që përhapet në një vijë të drejtë. Në të njëjtin rast, nëse ka inhomogjenitete të mprehta optike në zonën e përhapjes (vrima, pengesa, kufij trupat opake etj.), madhësia e së cilës është e krahasueshme me gjatësinë e valës së dritës, ndodh difraksioni - valët e dritës përkulen rreth pengesave, depërtojnë në rajonin e hijes gjeometrike, d.m.th. devijimi nga ligjet e optikës gjeometrike.

Në kuptimin e tij fizik, difraksioni nuk është i ndryshëm nga ndërhyrja. Të dyja këto dukuri shoqërohen me një rishpërndarje të intensitetit fluksi ndriçues si rezultat i mbivendosjes së valëve koherente. Parimi na lejon të llogarisim shpërndarjen e dritës si rezultat i difraksionit - modeli i difraksionit Huygens-Fresnel(1815). Ai është formuluar në dy dispozita;

Çdo element i hapësirës që arrin pjesa e përparme e një vale drite përhapëse bëhet burim i valëve dytësore të dritës; këto valë janë sferike; mbështjellja e këtyre valëve jep pozicionin e frontit të valës në momentin tjetër në kohë;

Valët dytësore janë koherente me njëra-tjetrën, kështu që ato ndërhyjnë kur mbivendosen.

Le të shqyrtojmë si shembull difraksionin e valëve të dritës së rrafshët (Difraksioni Fraunhofer) nga një çarje. Gjerësia e çarjes është e krahasueshme me gjatësinë e valës së dritës. Le të jetë një valë e rrafshët monokromatike me gjatësi vale λ të përplaset normalisht me rrafshin e çarjes MN(Fig. 2.16).

Çdo pikë e çarjes, e arritur nga pjesa e përparme e valës rënëse, bëhet burim i valëve dytësore sferike dhe drita, pasi ka kaluar nëpër çarjen e ngushtë, përhapet në të gjitha drejtimet.

Le të marrim një drejtim arbitrar të rrezeve nga çarja në një kënd φ (Fig. 2.17). Është e qartë se një rreze nga një pikë N mbetet pas rrezes nga një pikë M në një distancë NF. Kjo distancë quhet diferenca e rrugës së rrezeve. Nëse gjerësia e çarjes MN- a, atëherë diferenca e rrugës është e barabartë me NF = ∆ = a sinφ. Për analizë, është e përshtatshme të ndani çarjen në disa zona në mënyrë që ndryshimi në rrugën e rrezeve nga kufijtë e secilës zonë të jetë i barabartë me λ/2. Në këtë rast, valët që korrespondojnë me rrezet do të jenë në antifazë (kanë një zhvendosje me π). Në të vërtetë, faza e valës

Numri total zonat do të jenë të barabarta

Rrezet dytësore fokusohen nga një lente grumbulluese dhe projektohen në ekran (Fig. 2.18). Sipas parimit Huygens-Fresnel, valët dytësore ndërhyjnë. Për shkak të antifazës së valëve përkatëse, rrezet fqinje anulojnë njëra-tjetrën duke ndërhyrë. Prandaj, nëse përshtatet në të çara numër çift zona, pastaj në pikë NË do të ketë një minimum:

dhe nëse nuk është i barabartë, atëherë maksimumi.

Këtu m- renditja e minimumit (maksimumit). Në drejtimin përpara, drita jep një maksimum qendror (pikë B 0). Shpërndarja e intensitetit në ekran quhet spektri i difraksionit.

Nëse goditja e dritës në të çarë është monokromatike (për shembull, e verdhë), atëherë spektri i difraksionit do të përbëhet nga vija të alternuara të errëta dhe të verdha. Nëse drejtojmë dritën e bardhë, e cila është një mbivendosje e shtatë valëve monokromatike, në të çarë, atëherë për çdo gjatësi vale λ i maksimumi dhe minimumi do të vërehen në këndet e tyre (φ i) max dhe (φ i) m in. Modeli i difraksionit do të duket si një alternim i "ylberëve" dhe hapësirave të errëta, në qendër të figurës do të ketë një maksimum qendror të pangjyrosur (maksimumi i rendit zero).

Një sistem i një numri të madh të çarjeve identike paralele me njëra-tjetrën quhet grilë difraksioni. Spektri i difraksionit nga një grilë është shumë më kompleks se spektri nga një çarje e vetme, pasi këtu valët e dritës nga çarje të ndryshme ndërhyjnë gjithashtu. Në të njëjtën kohë, vijat janë shumë më të ndritshme, pasi më shumë dritë kalon nëpër grilë.

Për rrezatimi elektromagnetik Në rangun e rrezeve X, grilat natyrale të difraksionit janë rrjeta kristalore hapësinore. Kjo shpjegohet me faktin se distancat midis nyjeve të grilave janë të krahasueshme me gjatësitë valore të rrezatimit me rreze X.

Shpjegimi i përhapjes drejtvizore të dritës. Duke përdorur parimin Huygens-Fresnel, mund të shpjegohet përhapja drejtvizore e dritës. Lëreni dritën të rrezatojë nga një pikë burim monokromatik S (Fig. 2.19).

Sipas parimit Huygens-Fresnel, veprimin e burimit S e zëvendësojmë me veprimin e burimeve imagjinare dytësore të vendosura në sferën ndihmëse Ф, e cila është sipërfaqja e valës valë sferike e dritës. Kjo sipërfaqe është e ndarë në zona unazore në mënyrë që distancat nga skajet e zonave në pikën M ndryshonte me λ/2. Kjo do të thotë se valët arrijnë në një pikë M nga secila zonë ndryshojnë në fazë nga π, d.m.th., çdo dy valë "fqinj" janë antifazë.

Amplituda e këtyre valëve zbritet kur mbivendosen, kështu që amplituda e valës që rezulton në pikën M është:

ku A 1,2,…, unë, …, n- amplituda e valëve të dritës të ngacmuara nga zonat përkatëse. Për shkak të numrit shumë të madh të zonave, mund të supozojmë se amplituda A i, është e barabartë me vlerën mesatare të amplitudave të valëve të ngacmuara nga zonat ngjitur:

Veprimi i të gjithë valës në një pikë M zbret në veprimin e një zone të vogël, më të vogël se zona qendrore. Rrezja e zonës së parë është në rendin e të dhjetave të milimetrit, kështu që përhapja e dritës nga S për të M ndodh sikur brenda një kanali të ngushtë përgjatë S.M., pra në mënyrë drejtvizore.