24 учебник К

§ 24. интерференция и дифракция на светлината

Явленията интерференция и дифракция на светлината служат като доказателство за нейната вълнова природа.

Интерференцияна вълни е явлението наслагване на вълни, при което взаимното им усилване възниква в едни точки на пространството и отслабване в други. Постоянна във времето (стационарна) интерференционна картина възниква само когато се добавят вълни с еднаква честота с постоянна фазова разлика. Такива вълни и източници, които ги възбуждат, се наричат кохерентни.

Светлинната интерференция, едно от проявленията на нейната вълнова природа, възниква, например, когато светлината се отразява в тънка въздушна междина между плоска стъклена плоча и плоско-изпъкнала леща (фиг. 24a). В този случай възниква смущение, когато се добавят кохерентните вълни1и2, отразени от двете страни на въздушната междина. Тази интерферентна картина, която има формата на концентрични пръстени (фиг. 24b), се нарича пръстени на Нютон в чест на I. Нютон, който пръв го описва и установява, че радиусите на тези пръстени за червена светлина са по-големи, отколкото за синя.

Като се има предвид, че светлината е вълна, английският физик Т. Юнг обяснява интерференцията на светлината по следния начин. Лъчът0, падащ върху лещата, след отражение от нейната изпъкнала повърхност и пречупване, поражда два отразени лъча (1и2). В този случай светлинните вълни в лъча2изостават от лъча1с D j , а фазовата разлика D j зависи от „допълнителния” път (разлика в пътя,ABCна Фиг. 24а), който лъчът2е преминал в сравнение с лъча1.

Очевидно, ако D j =nl, къдетоnе цяло число, тогава вълните1и2, като се сумират, ще се усилват взаимно и, гледайки лещата под тези ъгли, ще видим яркопръстен от светлина с дадена дължина на вълната. Напротив, ако

D j = ,

къдетоnе цяло число, тогава вълните1и2, като се сумират, ще се компенсират взаимно и следователно, гледайки лещата отгоре под такъв ъгъл, ще видим тъмен пръстен. По този начин вълновата интерференция води до преразпределение на енергията на трептенията между различни близко разположени частици на средата.

Интерференцията зависи от дължината на вълната и следователно чрез измерване на ъгловите разстояния между съседните минимуми и максимуми на интерферентния модел може да се определи дължината на вълната на светлината. Ако смущенията възникват в тънки слоеве от бензин върху повърхността на водата или във филми от сапунени мехурчета, това води до оцветяване на тези филми във всички цветове на дъгата. Интерференцията се използва за намаляване на отразяването на светлината от оптични стъкла и лещи, което се наричаоптично покритие. За да направите това, върху стъклената повърхност се нанася филм от прозрачно вещество с такава дебелина, че фазовата разлика на светлинните вълни, отразени от стъклото и филма, е .

Дифракция на светлината– светлинни вълни, огъващи се около краищата на препятствията, което е още едно доказателство за вълновата природа на светлината, беше демонстрирано за първи път от Т. Юнг в експеримент, когато плоска светлинна вълна падна върху екран с два близко разположени прореза 1 и 2 (фиг. 24c). Съгласно принципа на Хюйгенс, слотове 1 и 2 могат да се разглеждат като източници на вторични кохерентни вълни. Следователно, преминавайки през всеки от прорезите, светлинният лъч се разширява и на екрана се наблюдава интерференчен модел под формата на редуващи се светли и тъмни ивици в областта на припокриващи се светлинни лъчи от прорези 1 и 2. Появата на интерферентната картина, показана на фиг. 24in, се обяснява с факта, че вълните от слотове 1 и 2 до всяка точкаPна екрана преминават различноразстояния r 1 и r 2, а съответната фазова разлика между тях определя яркостта на точкатаP.

Въпроси за преглед:

Какво се нарича кохерентни вълни и източници на светлина?
Какво се нарича интерференция и какви са условията за появата на стационарна интерферентна картина?
Какво определя позицията на максимума или минимума в интерферентния модел?
Какво представлява дифракцията на светлината?

Ориз. 24. (a) – за обяснение на възникването на интерференчен модел (пръстени на Нютон); (b) – Нютонови пръстени; (in) е модел на смущения, който се появява на екрана вдясно, когато светлината пада върху екрана с два процепа (1 и 2) отляво.