Дифракція світла.�
Франческо Марія Грімальді
У середині XVII століття італійський учений Франческа Марія Гримальді поставив такий дослід: він поміщав різні предмети в дуже тонкий пучок сонячного світла, що пройшов через малюсіньку дірочку у віконній ставні, і спостерігав тіні від цих предметів на білому екрані. Досліди Гримальди свідчили про те, що навіть в однорідному середовищі світло не завжди поширюється прямолінійно: поблизу країв перешкод воно загинається, відхиляючись від прямолінійного поширення.
Світло проходить послідовно через дві вузькі щілини, але освітлена зона на екрані є значно ширшою, ніж це мало б бути якби світло розповсюджувалося лише прямолінійно.
Грімальді ввів поняття «дифракція», від латинського слова diffringere, що означає «розпадатися на частини».
Відхилення від прямолінійного поширення хвиль, огинання хвилями перешкод називають дифракцією (від лат. difractus — «розламаний»).
Припона - 1 см
Плоска хвиля
Хвильові поверхні
Область тіні
Область тіні
Освітлена область
На шляху монохроматичних промінів знаходиться дріт діаметром 2,3 мм.
У 1818 році на підставі результатів низки експериментів Френель представляє одну з перших теорій дифракції світла.
Рецензент теорії Френеля С.Пуассон, прийшов до висновку, що світло, огинаючи непрозорий предмет повинні інтерферувати і посилювати одна одну, тобто на екрані у центрі за непрозорою перешкодою буде видна світла пляма.
Недостатньо ретельно поставивши дослід, Пуассон не виявив світлої плями в центрі тіні і на цій підставі зробив висновок, що теорія Френеля помилкова.
Пляма Пуассона
Домінік Араго (1786-1853), який підтримував теорію Френеля, вирішив перевірити результати досліду Пуассона. Поставивши дослід більш ретельно, він виявив світлу дифракційну пляму, яка отримала ім’я Пуассона.
Дуже в оригінальній постановці дослід з дифракції світла на диску виконав професор Володимир Аркад’єв (1884-1953). Він виготовив зменшену плоску модель руки, яка тримає тарілку. Освітивши модель світлом від точкового джерела, він сфотографував тінь від тарілки на екрані. Коли модель була на невеликій відстані від екрана, на ньому було видно чітку тінь. Зі збільшенням відстані від моделі до екрана тінь усе гірше передавала контури руки і тарілки. Нарешті, на деякій відстані в центрі тіні від тарілки з’явилася світла пляма.
Поступово змінюємо ширину щілини
Дифракційна картина від щілин різної ширини та від круглого отвору.
У 1785 році американський астроном Девід Ріттенхаус винайшов дифракційну ґратку. Ріттенхаус почав свої дослідження після того як його друг, юрист Ф. Гопкінсон, попросив його роз'яснень щодо дивного ефекту: при розгляданні вуличного ліхтаря через хустинку, темні смуги перед очима не змінювали свого положення при переміщені хустинки. Ріттенхаус зробив квадрат з тонких паралельних дротинок (з щільністю 190 дротинок на дюйм), і спостерігав розкладання світла на спектр.
Дифракційна ґратка
Для цього на скляну поверхню наносять велику кількість паралельних штрихів на однаковій відстані один від одного.
Дифракційна ґратка (пристрій для вивчення закономірностей дифракції, дослідження спектрів і вимірювання довжин світлових хвиль) являє собою сукупність великого числа вузьких щілин однакової ширини, відокремлених непрозорими проміжками теж однакової ширини.
d – період дифракційної гратки.
Δ різниця ходу променів
Умови мах
Δ = kλ
Сьогодні використовують дифракційні ґратки, у яких на 1 мм налічується 300, 1200, 1800 і 2400 штрихів. Зі збільшенням числа щілин на одиницю ширини ґратки поліпшується чіткість і правильність дифракційних спектрів.
1. Визначення довжини хвилі.
2. Розкладання природного світла в спектр.
3. Дослідження спектрального складу випромінювання.
4. В спектроскопах для визначення хімічного складу речовини.
Застосування дифракційної ґратки
5. В спектрографах для визначення хімічного складу астрономічних об’єктів.
6. Отримання голографічних зображень.
Дифракційна гратка, що має 50 штрихів на мм, освітлюється білим світлом (довжина хвиль від 400 нм до 780 нм). Яка ширина спектру першого порядку на екрані, віддаленому від гратки на 4 м?
N = 50
l = 1 мм
L = 4 м
λ₁ = 400 нм
λ₂ = 780 нм
x - ?
L
x₁
x₂
x
Домашнє завдання:
Першоджерела: