Může se světlo ohýbat kolem rohů: 9 důležitých faktů

by

Odpověď zní „Ano“, světlo se může ohýbat kolem rohů. 

Když světlo prochází kolem okrajů předmětu, má tendenci ohýbat svou cestu kolem rohů. Tato vlastnost světla je známá jako difrakce. Fenomén difrakce závisí na šíření světla. Pro studium tohoto jevu je světlo považováno za vlnu.

Obsah:

Co je to difrakce světla?

DFrakce světla se týká jevů ohybu světelných vln kolem rohů překážejícího předmětu o velikosti srovnatelné s vlnovou délkou světla. Fenomén difrakce závisí na šíření světla. Pro studium tohoto jevu je světlo považováno za vlnu.

Míra nebo rozsah, v jakém se světelné paprsky ohýbají, závisí na velikosti překážejícího předmětu a vlnové délce světla. Když je velikost předmětu mnohem větší ve srovnání s vlnovou délkou světla, pak je rozsah ohybu zanedbatelný a nelze jej správně zaznamenat. Když je však vlnová délka světla srovnatelná s velikostí překážejícího předmětu (například prachové částice), pak je rozsah difrakce vysoký, tj. Světelné vlny se ohýbají ve větších úhlech. V takových případech můžeme pozorovat difrakci světla pouhým okem.

La dozvíte se více o tom, jak se světlo ohýbá kolem rohů:

Jak se může světlo ohýbat za rohy?

Podle klasické fyziky je fenomén difrakce prožíván světelnou vlnou kvůli jejímu způsobu šíření. Tento jev popsali Christiaan Huygens a Augustin-Jean Fresnel v principu Huygens-Fresnel a principu superpozice vln. Šíření světelných vln lze vizuálně interpretovat tak, že každou částici v médiu šíření vezmeme jako bodový zdroj, který vyvolá vznik sekundárního vlnoplochy sférické vlny.

Posun vln z každého bodového zdroje se sečte a vytvoří sekundární vlnu. Amplitudy a relativní fáze každé vlny hrají důležitou roli při určování následné vytvořené sférické vlny. Amplituda výsledné vlny může nabývat jakékoli hodnoty ležící mezi 0 a součtem jednotlivých amplitud bodových zdrojů.

Obecný difrakční obrazec se proto skládá z řady minim a maxim.

Podle moderní kvantové optiky má každý foton, který projde tenkou štěrbinou, za následek vznik vlastní vlnové funkce. Tato vlnová funkce závisí na několika fyzikálních faktorech, jako jsou rozměry štěrbiny, vzdálenost od obrazovky a počáteční podmínky generování fotonů. 

Difrakční jev lze kvalitativně pochopit s přihlédnutím k relativním fázím front sekundárních vln. Superpozice dvou půlkruhů vln má za následek konstruktivní interference. Když se dva půlkruhy vln navzájem ruší, má to za následek destruktivní rušení.

Difrakce v atmosféře:

Světlo se rozptyluje v atmosféře ohýbáním kolem atmosférických částic. Světlo se obvykle rozptyluje malými kapičkami vody suspendovanými v atmosféře. Ohýbání světla může vést ke vzniku světlých okrajů světlých, tmavých nebo barevných pruhů. Stříbrná výstelka, kterou lze pozorovat kolem okrajů mraků nebo koron Měsíce nebo Slunce, je také důsledkem ohybu světla. 

Sluneční sláva v páře z horkého pramene
Ohýbání světla při pohledu horkou párou. (může se lehce ohýbat za rohy) Zdroj obrázku: Brocken Inaglory, Sluneční sláva v páře z horkého pramene, CC BY-SA 3.0

Příklady difrakce pozorované v každodenním životě

Některé příklady difrakce nebo ohybu světla lze často vidět v našem každodenním životě, jako například:

CD nebo DVD: Na disku CD nebo DVD můžeme často vidět vznik duhového vzoru. Tento duhový vzor se vytváří v důsledku jevu difrakce. Zde CD nebo DVD funguje jako difrakční mřížka. 

Hologram: Hologram je navržen tak, aby vytvářel difrakční obrazec. Takové hologramy jsou často k vidění na kreditních kartách nebo obalech knih. 

Šíření laserového paprsku: Změna profilu paprsku laserového paprsku podle difrakčního jevu, ke kterému dochází, když se laserový paprsek šíří médiem. Nejnižší zaznamenaná divergence v důsledku frakce je poskytována planárním prostorově koherentním vlnoplochem s profilem Gaussova paprsku. Obecně platí, že čím větší je výstupní paprsek, tím je divergence pomalejší.

Rozsah divergence laserového paprsku může být snížen tak, že se paprsek nejprve rozejde pomocí konvexní čočky a poté konverguje nebo kolimuje paprsek pomocí druhé konvexní čočky, která má ohniskový bod shodný s ohniskovým bodem prvního konvexní čočka. Tímto způsobem bude mít výsledný paprsek větší průměr než původní paprsek, a proto by se divergence snížila.

Zobrazování s omezenou difrakcí: Difrakce omezuje rozlišovací schopnost zobrazovacího systému. Kvůli rozptýlení není světelný paprsek schopen zaostřit na jediný bod. Místo toho dochází k vytvoření chybového disku, který má centrální jasný bod se soustřednou kružnicí, která jej obklopuje. Je vidět, že s větší clonou jsou objektivy schopny rozlišovat obrazy jemněji. 

Jednostranná difrakce: Je provedena difrakce dlouhé štěrbiny se zanedbatelnou šířkou. Štěrbina je poté osvětlena bodovým zdrojem světla. Po průchodu štěrbinou se světlo rozptýlí do řady kruhových vlnoploch. Štěrbina je širší než vlnová délka světla, pak může vytvářet interferenční obrazce v prostoru, který leží pod štěrbinou.

Vlnová difrakce 4Lambda štěrbina
Difrakční obrazec pozorovaný jedinou štěrbinou. lze lehce ohnout za rohy).Zdroj obrázku: Dicklyon at Anglicky Wikipedia, Vlnová difrakce 4Lambda štěrbina, (může se mírně ohýbat za rohy) označeno jako veřejná doména, více podrobností o Wikimedia Commons

TKoncept ohybu světla může vyvolat certifikacinení qotázky v myslích lidí. Podívejme se na některé z těchto otázek:

Cestuje světlo po přímce? Pokud ano, jak?

Světlo je elektromagnetická vlna, a proto se šíří ve formě vlny. Vlnová délka světla je však velmi malá. Světelná vlna je tedy přibližně brána jako paprsek, který se šíří po přímce. Vlnovou vlastnost světla lze pozorovat pouze tehdy, když interaguje s objekty o velikosti srovnatelné s vlnovou délkou světla. U objektů v našem každodenním životě je interakce se světlem brána jako paprsky, které se pohybují po přímce. U menších předmětů se světlo ohýbá kolem rohů v důsledku difrakce.

Jak souvisí rušení s vodními vlnami?

může se lehce ohýbat kolem rohů
Vodní vlny.
 Zdroj obrázku: (může se lehce ohýbat za rohy)Verbcatcher, Difrakce vln v Modré laguně, Abereiddy, CC BY-SA 4.0

Projekt interference světla vlny způsobují optické efekty vyplývající z ohybu světla. Tuto skutečnost si můžeme představit tak, že si vlny světla představíme jako vodní vlny. Předpokládejme, že držíte dřevěné prkno na vodní hladině, aby plavalo, všimnete si, že vodní vlny způsobí, že dřevěné prkno poskakuje nahoru a dolů v souladu s dopadajícími vodními vlnami. Tyto vodní vlny se dále šíří všemi směry a interferují se sousedními vodními vlnami.

Když se hřebeny dvou vodních vln spojí, vede to k vytvoření zesílené vlny, tj. Dochází ke konstruktivní interferenci. Když však koryto vlny zasahuje do hřebene jiné vlny, navzájem se ruší, což má za následek nulovou amplitudu, která nemá vertikální posun, tj. Destruktivní rušení. Když se žlaby dvou oddělených vln překáží, vytvoří více depresivní koryto.

Stejný vzor je pozorován v případě světelných vln. Když se světlo ze slunce setká s kapkami vody suspendovanými v atmosféře, světelné vlny na sebe vzájemně působí podobným způsobem, jaký je zmíněn výše v případě vodních vln. V případě světelných vln, konstruktivní interference nastává, když špičková amplituda dvou světelných vln interaguje a vytváří více zesílenou vlnu.

Jinými slovy, když dva hřebeny světelných vln interagují nebo interferují, vytvářejí jasnější vzor. K ničivému rušení dochází, když koryto světelné vlny zasahuje do hřebene jiné vlny. Tato destruktivní interference je pozorována vytvořením tmavšího vzoru. 

1200px Difrakční obrazec v pavučině 1
Difrakce světla způsobující zobrazení barev v pavučině. (může se lehce ohnout za rohy)
Zdroj obrázku: Brocken Inaglory, Difrakční vzor v pavučině, CC BY-SA 3.0

Jak se může světlo ohýbat kolem rohů uvnitř optického vlákna?

Světelné paprsky se lámou po vstupu do materiálu z optických vláken.

Světelné vlny se šíří jádrem optických vláken tím, že se lámou tam a zpět od hranice nebo rozhraní mezi jádrem a pláštěm. Světlo se šíří optickým vláknem, aniž by prošlo nebo prošlo vláknem fenoménem úplného vnitřního lomu. 

K úplnému vnitřnímu odrazu může dojít pouze tehdy, je -li úhel dopadajícího světla na hranici optického vlákna větší než kritický úhel vlákna. Když je úhel větší než kritický úhel, světlo se láme do optického vlákna, místo aby uniklo ven skrz plášť.

Jaká je podmínka maximální odchylky světla v hranolu?

Maximální odchylka světla v hranolu může být možná díky následujícím dvěma podmínkám:

1. Maximální odchylka světla může nastat pouze v případě, že úhel dopadající na hranol je pravý úhel, tj. 90 stupňů. Tato vlastnost je také známá jako výskyt pastvy kvůli tomu, že světelné paprsky téměř „pasou“ podél povrchu hranolu.

2. Druhou podmínkou maximální odchylky světla v hranolu je, že když se vznikající paprsek odrazí o 90 stupňů nebo můžeme říci, že se pase podél povrchu hranolu. Tato podmínka je podobná podmínce uvedené výše pro druhou plochu.

Poznámka: neměli bychom si plést maximální úhel odchylky s úhlem minimální odchylky hranolu.

Jaký je rozdíl mezi rozptylem a difrakcí?

Rozptyl světla: K rozptylu světla dochází, když světlo zasáhne malé předměty, jako jsou prachové částice nebo plynné molekuly vodní páry, má tendenci se odchýlit od přímé dráhy šíření. Tento jev se nazývá rozptyl světla. Rozptyl světla lze zaznamenat nebo pozorovat u několika environmentálních jevů. Modrá barva oblohy, bílá barva mraků, červená barva oblohy při západu a východu slunce, Tyndallův efekt atd. Jsou příklady rozptýlení světla.

Semafory nebo signály nebezpečí mají obvykle červenou barvu, protože červená ze všech vlnových délek rozptyluje nejméně. Rozsah rozptylu je nepřímo úměrný čtvrté síle vlnové délky světla. Fenomén rozptylu lze pozorovat jako interakce vln a interakce částic. Vlastnost rozptylu je spojena s interakcemi vln.

Difrakce světla: Difrakce světla se týká jevu, při kterém se světelné paprsky obvykle ohýbají kolem rohů předmětu o velikosti srovnatelné s vlnovou délkou světla. Difrakce je pozorována pouze zpracováním světla jako vlny. Vlastnost difrakce je spojena s šířením vln. Interferenční obrazec pozorovaný během experimentu s jednou štěrbinou, mřížek, hologramových exkrementů se vyskytuje v důsledku difrakce.

Je možné, aby dopadající paprsek měl úhel větší než 90 stupňů?

Úhel dopadu na povrch je definován jako úhel svíraný světelným paprskem od normálu k bodu, kterého se dotkne. Maximální úhel, který lze s kolmou rovinou svřít, je tedy 90 stupňů na obou stranách.

Doufáme, že tento příspěvek zodpověděl vaše dotazy znovuzískání jevu difrakce.