Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 41. Дифракция. Образование тени в случае световых волн —
часто наблюдаемое и привычное явление. Иначе обстоит дело со звуковыми волнами. От них очень трудно заслониться. Мы слы- шим звук из-за угла дома или стоя за забором, за деревом и т. п. Почему эти препятствия не отбрасывают «звуковой тени»? Обратим внимание на следующее обстоятельство. Длина зву- ковой волны в воздухе при частоте 1000 Гц равна 33,7 см, а при частоте 100 Гц она составляет уже 3,37 м. Таким образом, размеры обычно окружающих нас предметов (за исключением больших домов) отнюдь не велики по сравнению с длиной зву- ковой волны. Между тем в опыте с водяной ванной, описанном в предыдущем параграфе, при наблюдении правильного отраже- ния и образования тени мы применяли препятствие (пластин- ку) з н а ч и т е л ь н о б о л ь ш е г о р а з м е р а, ч е м д л и н а в о л н ы λ. Рис. 86. Позади малого препятствия тени нет Как будет зависеть характер образующейся тени от размеров препятствия? Поставим на пути прямолинейной поверхностной волны в во- дяной ванне препятствия различного размера (рис. 86). Мы уви- дим, что, когда препятствие достаточно велико по сравнению с длиной волны λ (рис. 86, а), тень от него сравнительно рез- кая: лишь у самых краев тени заметно небольшое волнение, указывающее, что волна слегка о г и б а е т край препятствия. По мере уменьшения препятствия тень оказывается менее ясно выраженной (рис. 86, б), а когда размеры препятствия становятся сравнимыми с длиной волны, образования тени практически уже не происходит. Рис. 86, в показывает, что в этом случае водяная волна о г и б а е т препятствие, и позади него она рас- пространяется почти так же, как если бы препятствия не было. Это огибание волной края препятствия, особенно отчетливо
Гл. IV. Волновые явления 111
наблюдаемое при малых по сравнению с длиной волны размерах препятствия, называется дифракцией. Рис. 87. Дифракция не позволяет выделить сколь угодно узкий волно- вой пучок Отсутствие в обычных условиях хорошо выраженной звуко- вой тени и есть результат дифракции звуковых волн, которую мы наблюдаем, таким образом, буквально на каждом шагу. Дифрак- цию световых волн наблюдать не так просто, как в случае звука, так как длины световых волн очень малы — всего несколько десятитысячных долей миллиметра. Дифракция — одно из важнейших явлений, свойственных всякому волновому процессу. Мы подробно изучим ее в раз- деле «Физическая оптика». Там мы увидим, в частности, что дифракция не позволяет различать сколь угодно малые детали предмета, рассматриваемого с помощью какого-либо оптическо- го инструмента (в том числе и невооруженным глазом). Из-за дифракции же нельзя получить с помощью рупоров, зеркал, отверстий в экранах (диафрагм) и любых других средств с к о л ь у г о д н о у з к и е волновые пучки. Это нетрудно показать на водяных волнах. Поставим на пути прямолинейной поверхностной волны в на- шей водяной ванне две пластинки, промежуток между которы- ми выделяет из этой волны ограниченный пучок (рис. 87, а). Сближая пластинки, мы увидим, что вырезаемый ими пучок отнюдь не делается как угодно узким. По мере сужения проме- жутка все больше проявляется дифракция — огибание волной краев пластинок (рис. 87, б). Наконец, когда ширина промежутка становится сравнимой с длиной волны или еще меньше, мы получаем позади пластинок не узкий пучок, а полукольцевые волны, расходящиеся во все стороны из промежутка, как из центра (рис. 87, в).
|