§ 50. Дифракція світла

Прямолінійне поширення світла добре підтверджують наші життєві спостереження: скажемо, тінь і напівтінь чи хід променів в оптичних приладах. Однак уважне дослі­дження світлових явищ показує, що не завжди буває так. Якщо на шляху пучка світла поставити невелике непро­зоре тіло, то світло обгинатиме краї цього тіла, відхиля­тиметься від прямолінійного поширення. Це обгинання і називається дифракцією світла. Нічого несподіваного

в дифракції світла немає, адже електромагнітні хвилі, як ми переконалися, зазнають дифракції, а світло є частко­вим випадком електромагнітних хвиль.

Довжина світлової хвилі дуже мала, тому в звичайних умовах спостерігати обгинання світлом перешкод досить складно. Для цього ширина перешкод (вузьких екранів, щілин тощо) має бути порядку 1 мм. Помістимо перед конденсором проекційного апарата щілину і, поставимо розсувну щілину 2 і світлофільтр 3 (мал. ї!3).ТІучок світла, що виходить із щілини 1, яка фактично є джерелом світла, освітлює другу розсувну щілину 2, зображення якої розглядається на екрані 4. Зменшуватимемо ширину другої щілини. На екрані проти щілини побачимо світлу смугу, ширина якої буде тим більшою, чим вужчою стає щілина, а за світлою смугою чергуються темні і світлі смуги. Повільно змінюючи ширину другої щілини, центральна світла смуга буде змінюватися на темну, оточену з обох боків почергово світлими і темними смугами. Колір світлої смуги відповідає кольору світлофільтра. При освітленні білим світлом дифракційна картина більш розмита і мав райдужне забарвлення.

Аналогічна картина спостерігається, якщо замість дру­гої щілини поставити натягнуту на рамку тонку дротину або гладеньку капронову нитку. В цьому випадку в центрі дифракційної картини завжди утворюється світла смуга, оточена почергово темними і світлими смугами.

Якщо від джерела S пропустити пучок світла через отвір АВ (мал. 114, с), то на екрані дістанемо світлу пляму аЬ (мал. 114, б). Діаметр цієї плями характеризує ширину світлового пучка, що падає на екран. При змен­шенні отвору АВ зменшується і пляма, тобто звужується пучок світла. Проте, починаючи з деяких розмірів отвору

(порядку 0,01 мм і менше), по­дальше його зменшення спричи­няє не зменшення плями ab, а, навпаки, збільшення. При цьому пляма втрачає свою різкість, вона розширена і нерівномірно освіт­лена (мал. 114, в). На ній з'яв­ляються ряд світлих і темних кі­лець, що чергуються і заповнюють ділянку значно ширшу, ніж це виходить з геометричних побу­дов, які грунтуються на законі прямолінійного поширення світла. Розподіл освітленості на ек­рані при дифракції від вузького отвору показано на малюнку 115.

Дифракційні картини нерідко виникають в природних умовах. Так, наприклад, кольорові кільця навколо джерела світла під час спостереження його крізь туман чи запіт­ніле віконне скло обумовлені дифракцією на дуже дрібних краплинах води.

? 1. У чому полягає явище дифракції світлових хвиль і як його м«жна спостерігати? 2. Проколіть голкою отвір в аркуші картону і подивіться через цей отвір на нитку розжарення увімкнутої електричної лампочки. Що ви побачите? Як зміниться спостережуване явище, якщо отвір закри­ти тонкою кольоровою плівкою?