Номер 7, страница 85 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

7. Что называется дифракцией света?

7. Решение

Дифракция света — это совокупность явлений, которые наблюдаются при распространении света в среде с резкими неоднородностями (например, вблизи границ непрозрачных тел или через малые отверстия) и связаны с отклонением от законов геометрической оптики. Говоря проще, дифракция — это способность световых волн огибать препятствия и проникать в область геометрической тени.

Это явление является фундаментальным свойством любой волны. Оно доказывает волновую природу света и присуще не только световым, но и звуковым волнам, волнам на поверхности воды и другим типам волн.

Объяснение дифракции дает принцип Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу, каждая точка фронта световой волны может рассматриваться как источник вторичных сферических волн. Эти вторичные волны когерентны (их фазы согласованы) и, накладываясь друг на друга (интерферируя), формируют волновой фронт в последующие моменты времени. Когда на пути волны встречается препятствие (например, экран с отверстием), оно блокирует часть исходного волнового фронта. Оставшиеся части фронта продолжают испускать вторичные волны. Эти волны распространяются не только прямолинейно, но и в стороны, в том числе в область за препятствием, куда свет, согласно геометрической оптике, попадать не должен.

В результате интерференции (сложения) этих вторичных волн на экране, расположенном за препятствием, образуется характерный узор, называемый дифракционной картиной. Эта картина состоит из чередующихся областей высокой и низкой интенсивности — светлых и темных полос (или колец).

Условие для отчетливого наблюдения дифракции заключается в том, что размеры препятствия или отверстия ($d$) должны быть сопоставимы с длиной волны света ($\lambda$) или меньше нее:

$d \le \lambda$

Поскольку длина волны видимого света очень мала (порядка 400–750 нанометров), в повседневной жизни мы редко наблюдаем дифракцию света в явном виде. Например, свет не огибает углы зданий так, как это делают звуковые волны, длина которых значительно больше.

Примеры проявления дифракции света:

1. Дифракция на узкой щели: Если направить пучок света на узкую щель, то на экране за ней мы увидим не просто резкое изображение щели, а широкую центральную светлую полосу, по бокам от которой расположены чередующиеся темные и более тусклые светлые полосы.
2. Дифракционная решетка: Это устройство, состоящее из большого числа регулярно расположенных щелей или штрихов. Она способна разлагать белый свет в спектр, что используется в спектральных приборах. Радужные переливы на поверхности CD или DVD диска являются результатом дифракции света на их микроскопических дорожках.
3. Предел разрешения оптических приборов: Из-за дифракции света на оправе объектива телескоп или микроскоп не может дать идеально точечное изображение звезды или точки объекта. Вместо этого формируется так называемый диск Эри — центральное светлое пятно, окруженное дифракционными кольцами. Это явление накладывает фундаментальное ограничение на разрешающую способность любого оптического инструмента.

Ответ:

Дифракцией света называется явление огибания световыми волнами препятствий и проникновения света в область геометрической тени. Это явление обусловлено волновой природой света и наиболее ярко проявляется, когда размеры препятствий сопоставимы с длиной световой волны. Дифракция приводит к перераспределению интенсивности света в пространстве и образованию на экране характерной картины из чередующихся светлых и темных полос (дифракционной картины).