Odpowiedź brzmi „tak”, światło może wyginać się na rogach.
Kiedy światło przechodzi wokół krawędzi przedmiotu, ma tendencję do zaginania swojej ścieżki wokół rogów. Ta właściwość światła jest znana jako dyfrakcja. Zjawisko dyfrakcji zależy od propagacji światła. Do badania tego zjawiska światło traktuje się jak falę.
Spis treści:
- Co to jest dyfrakcja światła?
- Jak światło może wyginać się na rogach?
- Dyfrakcja w atmosferze
- Przykłady dyfrakcji widoczne w życiu codziennym
- Czy światło porusza się w linii prostej? Jeśli tak to jak?
- Jaki jest związek interferencji z falami na wodzie?
- Jak światło może wyginać się w rogach wewnątrz światłowodu?
- Jaki jest warunek maksymalnego odchylenia światła w pryzmacie?
- Różnica między dyfrakcją a rozpraszaniem?
- Czy promień padający może mieć kąt większy niż 90 stopni?
Co to jest dyfrakcja światła?
Dyfrakcja światła odnosi się do zjawiska zaginania fal świetlnych wokół rogów obiektu przeszkadzającego o wielkości porównywalnej z długością fali światła. Zjawisko dyfrakcji zależy od propagacji światła. Do badania tego zjawiska światło traktuje się jak falę.
Stopień lub zasięg, w jakim promienie światła załamują się, zależy od rozmiaru obiektu blokującego i długości fali światła. Gdy rozmiar obiektu jest znacznie większy w porównaniu z długością fali światła, to zakres wygięcia jest znikomy i nie może być właściwie zauważony. Jednakże, gdy długość fali światła jest porównywalna z rozmiarem obiektu blokującego (takiego jak cząstka kurzu), wtedy zakres dyfrakcji jest duży, tj. fale świetlne zaginają się pod większymi kątami. W takich przypadkach gołym okiem możemy zaobserwować dyfrakcja światła.
LDowiedz się więcej o tym, jak światło wygina się na rogach:
Jak światło może wyginać się na rogach?
Według fizyki klasycznej fala świetlna doświadcza zjawiska dyfrakcji ze względu na sposób, w jaki się rozchodzi. Zjawisko zostało opisane przez Christiaana Huygensa i Augustina-Jeana Fresnela w zasadzie Huygensa-Fresnela i zasadzie superpozycji fal. Propagację fali świetlnej można zinterpretować wizualnie, przyjmując każdą pojedynczą cząsteczkę w ośrodku propagacji jako źródło punktowe, które powoduje powstanie wtórnego czoła fali fali sferycznej.
Przemieszczenie fal z każdego źródła punktowego sumuje się, tworząc falę wtórną. Amplitudy i względne fazy każdej fali odgrywają ważną rolę w określaniu kolejnej formowanej fali sferycznej. Amplituda fali wypadkowej może przyjąć dowolną wartość mieszczącą się w zakresie od 0 do sumy poszczególnych amplitud źródeł punktowych.
Dlatego ogólny obraz dyfrakcyjny składa się z serii minimów i maksimów.
Według współczesnej optyki kwantowej, każdy foton, który przechodzi przez cienką szczelinę, powoduje powstanie własnej funkcji falowej. Ta funkcja falowa zależy od kilku czynników fizycznych, takich jak wymiary szczeliny, odległość od ekranu i początkowe warunki generowania fotonów.
Zjawisko dyfrakcji można jakościowo zrozumieć, biorąc pod uwagę względne fazy frontów fal wtórnych. Nałożenie dwóch półokręgów fal powoduje konstruktywną interferencję. Kiedy dwa półkola fal znoszą się nawzajem, powoduje to destrukcyjną interferencję.
Dyfrakcja w atmosferze:
Światło ulega dyfrakcji w atmosferze poprzez zaginanie się wokół cząstek atmosferycznych. Zwykle światło ulega dyfrakcji przez maleńkie kropelki wody zawieszone w atmosferze. Zagięcie światła może powodować powstawanie jasnych prążków, jasnych, ciemnych lub kolorowych pasm. Srebrna podszewka, którą można zaobserwować na krawędziach chmur, koronach księżyca lub słońca, jest również wynikiem dyfrakcji światła.
Przykłady dyfrakcji widoczne w życiu codziennym
Niektóre przykłady dyfrakcji lub zginania światła można często zaobserwować w naszym codziennym życiu, takie jak:
CD lub DVD: Na płycie CD lub DVD często możemy zobaczyć tworzenie się wzoru podobnego do tęczy. Ten tęczowy wzór powstaje w wyniku zjawiska dyfrakcji. Tutaj płyta CD lub DVD działa jak siatka dyfrakcyjna.
Hologram: Hologram jest zaprojektowany tak, aby tworzyć wzór dyfrakcyjny. Takie hologramy często widuje się na kartach kredytowych lub okładkach książek.
Propagacja wiązki laserowej: Zmiana profilu wiązki laserowej określona przez zjawisko dyfrakcji, które występuje, gdy wiązka laserowa propaguje się w ośrodku. Najmniejszą zarejestrowaną rozbieżność ze względu na ułamek zapewnia płaski, spójny przestrzennie front fali z profilem wiązki Gaussa. Ogólnie rzecz biorąc, im większa wiązka wyjściowa, tym wolniejsza jest rozbieżność.
Zakres rozbieżności wiązki laserowej można zmniejszyć, najpierw rozchodząc wiązkę za pomocą soczewki wypukłej, a następnie skupiając lub kolimując wiązkę za pomocą drugiej soczewki wypukłej, której ognisko pokrywa się z ogniskiem pierwszej wypukła soczewka. W ten sposób uzyskana belka będzie miała większą średnicę w porównaniu z wiązką oryginalną, a zatem rozbieżność zostanie zmniejszona.
Obrazowanie ograniczone dyfrakcją: Dyfrakcja ogranicza zdolność rozdzielczą systemu obrazowania. Z powodu rozproszenia wiązka światła nie może skupić się w jednym punkcie. Zamiast tego powstaje dysk błędu, który ma centralną jasną plamę z otaczającym ją koncentrycznym okręgiem. Widać, że przy większej aperturze obiektywy są w stanie dokładniej rozdzielić obrazy.
Dyfrakcja pojedynczej szczeliny: Pobierana jest dyfrakcja długiej szczeliny o znikomej szerokości. Szczelina jest następnie oświetlona punktowym źródłem światła. Po przejściu przez szczelinę światło ulega dyfrakcji na szereg kołowych frontów falowych. Szczelina jest szersza niż długość fali światła, więc może wytwarzać wzory interferencyjne w przestrzeni znajdującej się poniżej szczeliny.
Tkoncepcja zginania światła może skłaniać do cerain qpytania w umysłach ludzi. Przyjrzyjmy się niektórym z tych pytań:
Czy światło porusza się w linii prostej? Jeśli tak to jak?
Światło jest falą elektromagnetyczną i dlatego rozchodzi się w postaci fali. Jednak długość fali światła jest bardzo mała. Stąd fala świetlna jest w przybliżeniu traktowana jako promień poruszający się w linii prostej. Własność falową światła można zaobserwować tylko wtedy, gdy oddziałuje ono z obiektami o wielkości porównywalnej z długością fali światła. W przypadku obiektów z naszego codziennego życia interakcja ze światłem jest rozumiana jako promienie poruszające się po linii prostej. W przypadku mniejszych obiektów światło załamuje się w rogach z powodu dyfrakcji.
Jaki jest związek interferencji z falami na wodzie?
Źródło obrazu: (może zginać światło wokół rogów)Łapacz czasowników, Dyfrakcja fal w Błękitnej Lagunie, Abereiddy, CC BY-SA 4.0
Połączenia interferencja światła fale powodują efekty optyczne wynikające z załamania światła. Możemy zwizualizować ten fakt, wyobrażając sobie fale światła jako fale na wodzie. Załóżmy, że trzymasz drewnianą deskę na powierzchni wody, aby unosiła się na wodzie, zauważysz, że fale wody powodują, że drewniana deska podskakuje w górę i w dół zgodnie z padającymi falami wody. Te fale wodne rozprzestrzeniają się dalej we wszystkich kierunkach i zakłócają sąsiednie fale wodne.
Kiedy grzbiety dwóch fal wodnych łączą się, dochodzi do powstania fali wzmocnionej, czyli ma miejsce interferencja konstruktywna. Jednakże, gdy dolina fali koliduje z grzbietem innej fali, znoszą się one nawzajem, co skutkuje zerową amplitudą, która nie ma przemieszczenia pionowego, tj. destrukcyjnej interferencji. Kiedy doliny dwóch oddzielnych fal przeszkadzają, tworzą bardziej przygnębione doliny.
Ten sam wzór można zaobserwować w przypadku fal świetlnych. Kiedy światło słoneczne napotyka zawieszone w atmosferze kropelki wody, fale świetlne oddziałują ze sobą w sposób podobny do opisanego powyżej w przypadku fal wodnych. W przypadku fal świetlnych konstruktywna ingerencja ma miejsce, gdy szczytowa amplituda dwóch fal świetlnych oddziałuje, tworząc bardziej wzmocnioną falę.
Innymi słowy, kiedy dwa grzbiety fal świetlnych wchodzą w interakcję lub interferują, tworzą jaśniejszy wzór. Destrukcyjna interferencja ma miejsce, gdy dolina fali świetlnej koliduje z grzbietem innej fali. Ta destrukcyjna ingerencja jest obserwowana przez tworzenie ciemniejszego wzoru.
Źródło obrazu: Złamana Inagloria, Wzór dyfrakcji w pajęczynie, CC BY-SA 3.0
Jak światło może wyginać się w rogach wewnątrz światłowodu?
Promienie świetlne ulegają załamaniu po wejściu do materiału światłowodowego.
Fale świetlne rozchodzą się przez rdzeń światłowodu, załamując się tam iz powrotem od granicy lub granicy między rdzeniem a płaszczem. Światło rozchodzi się przez włókno światłowodowe bez przechodzenia lub przechodzenia przez włókno poprzez zjawisko całkowitego wewnętrznego załamania światła.
Całkowite odbicie wewnętrzne może mieć miejsce tylko wtedy, gdy kąt padającego światła na granicę światłowodu jest większy niż kąt krytyczny światłowodu. Gdy kąt jest większy niż kąt krytyczny, światło załamuje się w światłowodzie zamiast wyciekać przez osłonę.
Jaki jest warunek maksymalnego odchylenia światła w pryzmacie?
Maksymalne odchylenie światła w pryzmacie może być możliwe dzięki dwóm następującym warunkom:
1. Maksymalne odchylenie światła może mieć miejsce tylko wtedy, gdy kąt padający na pryzmat jest kątem prostym tj. 90 stopni. Ta właściwość jest również nazywana padaniem, ponieważ promienie świetlne prawie „pasują” wzdłuż powierzchni pryzmatu.
2. Drugim warunkiem maksymalnego odchylenia światła w pryzmacie jest to, że gdy wyłaniający się promień zostaje odbity pod kątem 90 stopni lub można powiedzieć, że ociera się o powierzchnię pryzmatu. Warunek ten jest podobny do warunku wspomnianego powyżej dla drugiej powierzchni.
Uwaga: nie należy mylić maksymalnego kąta odchylenia z kątem minimalnego odchylenia pryzmatu.
Jaka jest różnica między rozpraszaniem a dyfrakcją?
Rozpraszanie światła: Rozpraszanie światła występuje, gdy światło uderza w małe obiekty, takie jak cząsteczki kurzu lub gazowe cząsteczki pary wodnej, ma tendencję do odchylania się od prostej ścieżki propagacji. Zjawisko to nazywane jest rozpraszaniem światła. Rozpraszanie światła można zauważyć lub zaobserwować w kilku zjawiskach środowiskowych. Niebieski kolor nieba, biały kolor chmur, czerwony kolor nieba podczas zachodu i wschodu słońca, efekt Tyndalla itp. to tylko niektóre przykłady rozpraszania światła.
Sygnalizacja świetlna lub sygnały niebezpieczeństwa są zwykle koloru czerwonego, ponieważ czerwień rozprasza najmniej ze wszystkich długości fal. Zakres rozpraszania jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi długości fali światła. Zjawisko rozpraszania można zaobserwować zarówno jako oddziaływania falowe, jak i oddziaływania cząstek. Własność rozpraszania związana jest z oddziaływaniami falowymi.
Dyfrakcja światła: dyfrakcja światła odnosi się do zjawiska, w którym promienie świetlne mają tendencję do zaginania się wokół rogów obiektu o wielkości porównywalnej z długością fali światła. Dyfrakcja jest obserwowana tylko przez traktowanie światła tylko jako fali. Własność dyfrakcji związana jest z propagacją fali. Wzór interferencji wzoru obserwowany podczas doświadczenia z pojedynczą szczeliną, siatki, odchody hologramów pojawiają się w wyniku dyfrakcji.
Czy promień padający może mieć kąt większy niż 90 stopni?
Kąt padania na powierzchnię jest definiowany jako kąt, jaki promień światła tworzy od normalnej do punktu, z którym się styka. Dlatego maksymalny kąt, jaki można uzyskać z normalną do powierzchni, wynosi 90 stopni z każdej strony.
Mamy nadzieję, że ten post odpowiedział na Twoje pytania odzyskać to zjawisko dyfrakcyjny.
Cześć, jestem Sanchari Chakraborty. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Zawsze lubię odkrywać nowe wynalazki w dziedzinie elektroniki.
Jestem chętnym uczniem, obecnie inwestuję w dziedzinę optyki stosowanej i fotoniki. Jestem także aktywnym członkiem SPIE (Międzynarodowe stowarzyszenie optyki i fotoniki) oraz OSI (Indyjskie Towarzystwo Optyczne). Moje artykuły mają na celu przybliżenie tematów badań naukowych wysokiej jakości w prosty, ale pouczający sposób. Nauka ewoluuje od niepamiętnych czasów. Próbuję więc wykorzystać tę ewolucję i przedstawić ją czytelnikom.
Połączmy się przez