24 підручники До

§ 24. інтерференція та дифракція світла

Явлення інтерференції та дифракції світла є доказами його хвильової природи.

Інтерференцієюхвиль називається явище накладання хвиль, у якому відбувається їхнє взаємне посилення в одних точках простору та ослаблення – в інших. Постійна в часі (стаціонарна) інтерференційна картина виникає лише при складанні хвиль рівної частоти з постійною різницею фаз. Такі хвилі і збудливі джерела називаютькогерентними.

Інтерференція світла - один з проявів його хвильової природи, виникає, наприклад, при відображенні світла в тонкому повітряному прошарку між плоскою скляною пластиною і плоскопуклою лінзою (рис. 24а). В даному випадку інтерференція виникає при складанні когерентних хвиль1і2, що відбилися від двох сторін повітряного прошарку. Цю інтерференційну картину, що має вигляд концентричних кілець (рис. 24б), називають кільцями Ньютона на честь І. Ньютона, вперше описав її і встановив, що радіуси цих кілець для червоного світла більші, ніж для синього.

Вважаючи, що світло – це хвилі, англійський фізик Т. Юнг пояснив інтерференцію світла в такий спосіб. Падаючий на лінзу промінь0після відбиття від опуклої її поверхні і заломлення дає початок двом відбитим променям (1і2). При цьому світлові хвилі в промені2запізнюються по відношенню до променя1на D j і різниця фаз D j залежить від «зайвого» шляху (різниці ходу,АBСна рис.24а), який пройшов промінь2, порівняно з променем1.

Очевидно, якщо D j =nl , деn- ціле число, то хвилі1і2, складаючись, будуть посилювати один одного і, ми, дивлячись на лінзу під цим кутом, будемо бачити яскравекільце світла цієї довжини хвилі. Навпаки, якщо

D j = ,

деn- ціле число, то хвилі1і2, складаючись, гаситимуть один одного, і тому, дивлячись на лінзу зверху під таким кутом, ми будемо бачити темне кільце. Таким чином, інтерференція хвиль призводить до перерозподілу енергії коливань між різними близько розташованими частинками середовища.

Інтерференція залежить від довжини хвилі, і тому, вимірюючи кутові відстані між сусідніми мінімумами та максимумами інтерференційної картини, можна визначити довжину хвилі світла. Якщо інтерференція відбувається в тонких плівках бензину на поверхні води або плівках мильних бульбашок, то це призводить до фарбування цих плівок у всі кольори веселки. Інтерференцію використовують зменшення відбиття світла від оптичних стекол і лінз, що називаютьпросвітленням оптики. Для цього на поверхню скла наносять плівку прозорої речовини такої товщини, щоб різниця фаз відбитих від скла та плівки світлових хвиль склала.

Дифракція світла– огинання світловими хвилями країв перешкод, що є ще одним доказом хвильової природи світла, вперше була продемонстрована Т. Юнгом у досвіді, коли плоска світлова хвиля падала на екран з двома близько розташованими щілинами 1 і 2 (рис. 24в). Відповідно до принципу Гюйгенса щілини 1 і 2 можна як джерела вторинних когерентних хвиль. Тому, проходячи через кожну з щілин, світловий пучок поширювався, і на екрані в області перекриття світлових пучків від щілин 1 і 2 спостерігалася інтерференційна картина у вигляді світлих і темних смуг, що чергуються. Виникнення інтерференційної картини, показаної на рис. 24в, пояснюється тим, що хвилі від щілин 1 і 2 до кожної точкиPна екрані проходять різнівідстані r 1 і r 2 і відповідна цьому різниця фаз між ними визначає яскравість точкиР.

Питання для повторення:

Що називають когерентними хвилями та джерелами світла?
Що називають інтерференцією і які умови появи стаціонарної інтерференційної картини?
Від чого залежить становище максимуму чи мінімуму в інтерференційній картині?
Що називають дифракцією світла?

Мал. 24. (а) – до пояснення виникнення інтерференційної картини (кілець Ньютона); (б) - кільця Ньютона; (в) – інтерференційна картина, що виникає на екрані праворуч, при падінні світла зліва на екран із двома щілинами (1 та 2).