Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 12 ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА

12.5. Дифракция Френеля

Дифракционные явления Френеля возникают при падении сферической или плоской волны сквозь круглый непрозрачный экран и круглый отверстие, при прохождении плоской волны сквозь прямолинейную щель в непрозрачном экране или у края непрозрачного экрана. Дифракция сферических волн принципиально не отличается от дифракции плоских волн, поэтому далее будем рассматривать плоские волны.

Рассмотрим для примера дифракцию Френеля на круглом экране (рис. 12.12). В случае дифракции на круглом непрозрачном экране К закрытую им участок фронта волны надо исключить и строить зоны Френеля, начиная от края экрана. На рис. 12.12 показано построение этих зон для точки А, которая лежит против центра экрана К (L - расстояние между точкой А и краем экрана). Результирующая амплитуда Е в точке А определяется суммарным действием всех открытых зон, начиная с первой. Тогда

Следовательно, в точке А будет наблюдаться интерференционный максимум - светлое пятно. Центральный максимум окружен темными и светлыми концентрическими кольцами. На рис. 12.12 дифракционная картина изображена в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения света. С увеличением размеров непрозрачного экрана первая открытая зона будет удаляться от точки наблюдения А. При этом будет увеличиваться угол между нормалью к поверхности этой зоны и направлением излучения в точку А. Это приводит к уменьшению интенсивности центрального максимума и при очень больших размерах экрана К за ним будет наблюдаться обычная тень.

Рис. 12.12

Парадоксальный, на первый взгляд, вывод, что в центре геометрической тени должен быть свет, выдвинул С. Пуассон как доказательство неправильности рассуждений О. Френеля. Однако опыт Д. Араго опроверг предположение С. Пуассона о тень в точке А и, следовательно, подтвердил справедливость волновой теории.

Аналогично можно рассмотреть также дифракция на круглом отверстии, на щели и на краю экрана.