Дифракція на краю

Схема досліду

Якщо плоска хвиля потрапляє на прямий край перешкоди, то за принципом Гюйгенса цей край діє як початок вторинних хвиль. Вони накладаються на ту частину хвилі, що безперешкодно проходить повз край.

Унаслідок інтерференції обох пучків в області пропускання утворюється низка світлих і темних інтерференційних смуг.

Явище дифракції на краю стосується не лише світлових хвиль (поперечних), а й поздовжніх хвиль (звукових). Тож коли звук потрапляє на край, за цим краєм залежно від місця можна спостерігати мінімуми й максимуми гучності.

Попередні знання

Вже має бути відомо, що дифракція та інтерференція відбуваються як на отворах, так і на перешкодах. Для цього варто перед тим виконати дослід "Дифракція на перемичці – теорема Бабіне".

Принцип

Якщо хвиля потрапляє на перешкоду, то край цієї перешкоди за принципом Гюйгенса є початком елементарних хвиль.

Ця колова хвиля, що виходить із краю, тоді інтерферує з хвильовим фронтом, який оминає перешкоду.

Навчальна мета

Оскільки краї завжди можна розглядати як початок елементарних хвиль, інтерференція відбувається й там, де хвиля частково потрапляє на перешкоду, а частково оминає її. Отже, для інтерференції потрібен лише один край.

Завдання

• Спостереження інтерференційної картини
• З'ясування, чому інтерференція відбувається на краю
• Відповіді на запитання в протоколі

Обов'язково треба стежити за тим, щоб ніхто не дивився прямо в промінь лазера.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Якщо пучок світла з плоскими хвильовими фронтами потрапляє на край, то частина пучка відсікається, тоді як інша частина може пройти повз нього безперешкодно. За принципом Гюйгенса з краю виходять елементарні хвилі, які зі спаданням інтенсивності поширюються і в область тіні.

В області пропускання ці розсіяні хвилі накладаються на плоскі хвилі, що поширюються безперешкодно. Ці дві хвилі на екрані можуть тоді або гасити, або підсилювати одна одну - залежно від різниці ходу.

схематичне поширення хвиль

Схема досліду

Установку складають так, як показано на рисунку, розміщуючи риски ковзних опор, що тримають складники на оптичній лаві, у таких положеннях:

• ковзна опора з діодним лазером на 2 см
• оправа зі шкалою і вставленою збиральною лінзою на 13 см
• ковзна опора з тримачем пластин і вставленою діафрагмою зі щілиною і перемичкою на 25 см

Циліндрична опора з екраном міститься на відстані від 1,5 до 2 метрів від діафрагми з перемичкою.

Установка разом з екраном

На екрані клейкою стрічкою закріплюють білий аркуш паперу, на якому фломастером позначають точку потрапляння безперешкодного променя лазера. Через точку потрапляння проводять вертикальну лінію.

Після цього для розширення променя лазера встановлюють оправу зі вставленою збиральною лінзою.

Насамкінець діафрагму з перемичкою треба вставити в тримач пластин і розмістити так, щоб приблизно 2/3 променя перекривалося діафрагмою, а решта могла пройти повз край на екран.