Явище дифракції

Дифракцією називається сукупність явищ, які спостерігаються при поширенні хвиль в середовищі з різкими неоднорідностями і пов’язаних з відхиленнями від законів геометричної оптики. Дифракція – характерна особливість поширення хвиль незалежно від їх природи. Саме дифракція звукових хвиль пояснює можливість чути голос людини, що знаходиться за рогом будинку.

Ми щодня стикаємося з дифракцією радіохвиль, слухаючи радіопередачі і користуючись стільниковим телефоном. Дифракція призводить до огибанием електромагнітними хвилями перешкод і проникненню їх в область геометричної тіні. Через дифракції тінь від перешкоди з прямим краєм не буває ідеально різкою: при освітленні непрозорих екранів джерелом світла на межі тіні, де, згідно із законами геометричної оптики, мав би відбуватися стрибкоподібний перехід від тіні до світла, спостерігаються чергуються світлі і темні дифракційні смуги (рис. 3.1). Якщо на шляху паралельного світлового пучка розташоване кругле перешкоду, наприклад, диск, кулька, круглий отвір в непрозорому екрані, то на екрані, розташованому на великій відстані від перешкоди, з’являється дифракционная картина у вигляді чергуються світлих і темних кілець.
Дифракція хвиль істотно залежить від співвідношення між довжиною хвилі і розміром об’єкта, що викликає дифракцію.

Найбільш виразно дифракція виявляється в тих випадках, коли розмір огинають перешкоди порівняємо з довжиною хвилі. Тому легко спостерігається дифракція звукових, сейсмічних і радіохвиль, для яких довжина хвилі лежить в межах від декількох метрів до декількох кілометрів. Значно важче спостерігати дифракцію електромагнітних хвиль оптичного діапазону, довжини яких лежать в межах.

Явище дифракції найнаочніше демонструється за допомогою хвиль на поверхні води. Якщо розмір отвору або перешкоди помітно менше довжини хвилі, то хвиля з ним не взаємодіє. Цим обумовлено те, що в шторм хвилі не проникають в бухту з вузьким входом. Морські хвилі довше, ніж вхід в бухту, і не помічають цього входу. Товщина стовбурів дерев, що стоять у воді, менше довжини хвилі, і хвилі не взаємодіють з ними (рис. 3.2).
А якщо розміри перешкоди багато більше довжини хвилі, то хвилі за нього не проникають, створюється область тіні: світлова тінь (рис. 3.3), звукова тінь, обмеження при передачі телевізійного сигналу, невозмущенная поверхню води за великим валуном (рис. 3.4).
Через малість довжини хвилі дифракційні явища в оптиці спостерігати складніше, ніж в механіці, але їх прояви більш різноманітні і барвисті.

Між інтерференцією і дифракцією немає істотного фізичного відмінності. Обидва явища полягають у перерозподілі світлового потоку в результаті суперпозиції хвиль. Перерозподіл інтенсивності, що виникає в результаті суперпозиції хвиль, порушуваних кінцевим числом дискретних когерентних джерел, прийнято називати інтерференцією. Перерозподіл інтенсивності, що виникає внаслідок суперпозиції хвиль, порушуваних когерентним джерелами, розташованими безперервно, називають дифракцією хвиль.
В суворої постановці дифракційні завдання, зважаючи на їх складності, допускають аналітичні рішення лише в найпростіших ідеалізованих випадках. В оптиці значно більше значення мають наближені методи рішення дифракційних задач, засновані на принципі Гюйгенса в узагальненій формулюванні Френеля.

Посилання на основну публікацію