Γιατί η μονή σχισμή του Fraunhofer περίθλασης;
Τι είναι η διάθλαση Fraunhofer;
* περίθλαση είναι η κάμψη των κυμάτων καθώς περνούν γύρω από τα εμπόδια ή τα ανοίγματα.
* περίθλαση Fraunhofer είναι ένας συγκεκριμένος τύπος περίθλασης όπου η πηγή του φωτός και η οθόνη παρατήρησης απέχουν πολύ από το αντικείμενο διάθλασης (η μοναδική σχισμή στην περίπτωση αυτή). Αυτό σημαίνει ότι τα φωτεινά κύματα είναι ουσιαστικά παράλληλα καθώς περνούν από τη σχισμή.
Ρύθμιση μονής σχισμής
Φανταστείτε μια ενιαία, στενή σχισμή που φωτίζεται από μια παράλληλη δέσμη μονοχρωματικού φωτός (φως ενός μόνο χρώματος, σαν λέιζερ).
Πώς λειτουργεί
1. Κάθε σημείο στο κύμα που διέρχεται από τη σχισμή ενεργεί ως δευτερεύουσα πηγή σφαιρικών κυμάτων. Αυτά τα κύματα απλώθηκαν προς όλες τις κατευθύνσεις.
2. παρεμβολή: Καθώς αυτά τα κύματα διαδίδονται, παρεμβαίνουν μεταξύ τους. Σε ορισμένα σημεία της οθόνης, τα κύματα φτάνουν σε φάση (οι κορυφές συναντούν κορυφές) με αποτέλεσμα την εποικοδομητική παρεμβολή (φωτεινά σημεία). Σε άλλα σημεία, τα κύματα φτάνουν έξω από τη φάση (οι κορυφές συναντιούνται με κοιλάδες) που οδηγούν σε καταστρεπτικές παρεμβολές (σκοτεινά σημεία).
Το πρότυπο περίθλασης
Το αποτέλεσμα στην οθόνη είναι μια σειρά από φωτεινές και σκοτεινές ζώνες που ονομάζονται περιθώρια παρεμβολής.
* Κεντρικό μέγιστο: Η πιο λαμπρή μπάντα βρίσκεται στο κέντρο, ακριβώς απέναντι από τη σχισμή. Είναι ευρύτερο από τις άλλες φωτεινές μπάντες.
* Σκοτεινά ελάχιστα: Οι σκοτεινές ζώνες εμφανίζονται όπου τα κύματα από διαφορετικά μέρη της σχισμής παρεμβαίνουν καταστροφικά.
* Δευτερεύοντα μέγιστα: Λιγότερο φωτεινές ζώνες (δευτερεύοντα μέγιστα) εμφανίζονται μεταξύ των σκοτεινών ελάχιστων. Αυτά είναι λιγότερο έντονα από το κεντρικό μέγιστο.
Παράγοντες που επηρεάζουν το πρότυπο
* πλάτος σχισμής: Μια στενότερη σχισμή παράγει ένα ευρύτερο πρότυπο διάθλασης.
* μήκος κύματος φωτός: Τα μικρότερα μήκη κύματος (μπλε φως) δημιουργούν πιο σφιχτά περιθώρια. Τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (κόκκινο φως) δημιουργούν ευρύτερη απόσταση.
Βασικές εξισώσεις
* Θέση σκοτεινών ελάχιστων: Οι θέσεις των σκοτεινών ελάχιστων δίδονται από:*sin θ =mλ/a *, πού:
* θ είναι η γωνία από το κέντρο του μοτίβου μέχρι το ελάχιστο σκοτεινό.
* λ είναι το μήκος κύματος του φωτός.
* Το Α είναι το πλάτος της σχισμής.
* Το M είναι ένας ακέραιος (1, 2, 3, ...) που αντιπροσωπεύει τη σειρά του σκοτεινού ελάχιστου.
Εφαρμογές
* Κατανόηση της φύσης κύματος του φωτός: Η περίθλαση του Fraunhofer καταδεικνύει τη φύση του φωτός κύματος και παρέχει στοιχεία για την αρχή του Huygens.
* φασματοσκοπία: Τα σχήματα διάθλασης (πολλαπλές σχισμές) χρησιμοποιούνται στη φασματοσκοπία για να διαχωρίσουν το φως στα μήκη κύματος του συστατικού του.
* Οπτικά όργανα: Τα αποτελέσματα περίθλασης εξετάζονται στο σχεδιασμό τηλεσκοπίων, μικροσκοπίων και άλλων οπτικών οργάνων.
Συνοπτικά
Η περίθλαση Fraunhofer μέσω μιας μόνο σχισμής δημιουργεί ένα χαρακτηριστικό μοτίβο φωτεινών και σκοτεινών κροσσών. Αυτό το μοτίβο είναι ένα άμεσο αποτέλεσμα της φύσης κύματος του φωτός και επηρεάζεται από το πλάτος της σχισμής και το μήκος κύματος του φωτός. Είναι μια θεμελιώδη ιδέα στην οπτική με εφαρμογές σε διάφορους επιστημονικούς και τεχνολογικούς τομείς.
