Дифракция механических волн

ДИФРАКЦИЯ-
ОТКЛОНЕНИЕ ОТ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН, ОГИБАНИЕ ВОЛНАМИ ПРЕПЯТСТВИЙ.
ДИФРАКЦИЯ ВОЛН ПРОЯВЛЯЕТСЯ ОСОБЕННО ОТЧЕТЛИВО В СЛУЧАЯХ, КОГДА РАЗМЕРЫ ПРЕПЯТСТВИЙ МЕНЬШЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ИЛИ СРАВНИМЫ С НЕЙ.

ЯВЛЕНИЕ ДИФРАКЦИИ ВОЛН НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ МОЖНО НАБЛЮДАТЬ, ЕСЛИ ПОСТАВИТЬ НА ПУТИ ВОЛН ЭКРАН С УЗКОЙ ЩЕЛЬЮ, РАЗМЕРЫ КОТОРОЙ МЕНЬШЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ . ХОРОШО БУДЕТ ВИДНО, ЧТО ЗА ЭКРАНОМ РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ КРУГОВАЯ ВОЛНА, КАК ЕСЛИ БЫ В ОТВЕРСТИИ ЭКРАНА РАСПОЛАГАЛОСЬ КОЛЕБЛЮЩЕЕСЯ ТЕЛО— ИСТОЧНИК ВОЛН. СОГЛАСНО ПРИНЦИПУ ГЮЙГЕНСА ТАК И ДОЛЖНО БЫТЬ. ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ В УЗКОЙ ЩЕЛИ РАСПОЛАГАЮТСЯ СТОЛЬ БЛИЗКО ДРУГ К ДРУГУ. ИХ МОЖНО РАССМАТРИВАТЬ КАК ОДИН ТОЧЕЧНЫЙ ИСТОЧНИК.
ЕСЛИ РАЗМЕРЫ ЩЕЛИ ВЕЛИКИ ПО СРАВНЕНИЮ С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ, ТО КАРТИНА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН ЗА ЭКРАНОМ СОВЕРШЕННО ИНАЯ . ВОЛНА ПРОХОДИТ СКВОЗЬ ЩЕЛЬ, ПОЧТИ НЕ МЕНЯЯ СВОЕЙ ФОРМЫ. ТОЛЬКО ПО КРАЯМ МОЖНО ЗАМЕТИТЬ НЕБОЛЬШИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ ВОЛНОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ, БЛАГОДАРЯ КОТОРЫМ ВОЛНА ЧАСТИЧНО ПРОНИКАЕТ И В ПРОСТРАНСТВО ЗА ЭКРАНОМ.

Если свет представляет собой волновой процесс, то наряду с интерференцией должна наблюдаться и дифракция света. Ведь дифракция- огибание волнами краев препятствий, присуща любому волновому движению. Но наблюдать дифракцию света нелегко. Дело в том, что волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала.
ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

ОПЫТ ЮНГА, 1802 Г. ТОМАС ЮНГ, КЛАССИЧЕСКИЙ ОПЫТ ПО ДИФРАКЦИИ. ЮНГОМ БЫЛИ ИЗМЕРЕНЫ ДЛИНЫ ВОЛН, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СВЕТОВЫМ ЛУЧАМ РАЗНОГО ЦВЕТА.
два отверстия В и С
Возникшая в соответствии с принципом Гюйгенса сферическая волна от отверстия А возбуждала в отверстиях B и С когерентные колебания.
Вследствие дифракции от отверстий B и С выходили два световых конуса, которые частично перекрывались. В результате интерференции световых волн на экране появлялись чередующиеся светлые и темные полосы.

Принцип Гюйгенса — Френеля: волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции.
Принцип Гюйгенса:
каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн.
Волновая поверхность в любой момент времени- касательная ко всем вторичным волнам (огибающая вторичных волн).

Любопытный случай произошел на заседании Французской академии наук в 1818 г. Один из ученых (Пуассон), присутствовавших на заседании, обратил внимание на то, что из теории Френеля вытекают факты, явно противоречащие здравому смыслу. При определенных размерах отверстия и определенных расстояниях от отверстия до источника света и экрана
в центре светлого пятна должно находиться темное пятнышко.

За маленьким непрозрачным диском, наоборот, должно находиться светлое пятно в центре тени. Каково же было удивление учёных, когда поставленные эксперименты доказали, что так и есть на самом деле.

Для отчетливого наблюдения дифракции нужно
1. либо использовать очень маленькие препятствия,
2. либо же располагать экран далеко от препятствий.

дифракционные картины от различных препятствий:
Вместо тени от проволочки видна группа светлых и темных полос;

в центре дифракционной картины от отверстия появляется темное пятно, окруженное светлыми и темными кольцами
дифракционные картины от различных препятствий: