Мешањее додавање на вибрации. Како резултат на пречки, амплитудата на осцилациите се зголемува во некои точки во просторот, а во други се намалува. Шема на постојани пречки се забележува само кога разликата помеѓу додадените осцилации е константна (тие кохерентна ). Очигледно е дека осцилациите со иста фреквенција можат да бидат кохерентни. Затоа, пречки најчесто се изучува монохроматски двоумење.
Дифракција-- повикајте ги појавите поврзани со својството на брановите да се наведнуваат околу препреките, односно да отстапуваат од праволиниското ширење.
Сликата од десната страна покажува како се менува правецот звучни брановиоткако ќе помине низ дупка во ѕидот. Според принципот на Хајгенс, регионите 1-5 стануваат секундарни извори на сферични звучни бранови. Може да се види дека секундарните извори во областите 1 и 5 доведуваат до бранови што се наведнуваат околу пречките.
Прашање 30.1
Стоечки бранови. Равенка на стоечки бранови.
Ако неколку бранови се шират во медиум, тогаш вибрациите на честичките на медиумот се геометриски збиросцилации кои честичките би ги направиле при ширење на секој од брановите посебно. Брановите се преклопуваат Еден со друг,без вознемирување(без да се искривуваат едни со други). Тоа е она што е принцип на суперпозиција на бранови.
Ако два бранови кои пристигнуваат во која било точка во вселената имаат постојана фазна разлика, таквите бранови се нарекуваат кохерентна.Кога се додаваат кохерентни бранови, а феномен на интерференција.
Многу важен случај на пречки е забележан кога се надредени два контрапропагирани рамни бранови со иста амплитуда. Како резултат на осцилаторен процесповикани стоечки бран . Речиси стоечките бранови се појавуваат кога се рефлектираат од пречките.
Да ги напишеме равенките на два рамни бранови кои се шират во спротивни насоки ( почетна фаза ):
Изразот за фазата не вклучува координати, така што можеме да напишеме:
Точките на медиумот лоцирани на јазлите не осцилираат.
Формирањето на стоечки бранови се забележува при мешање на патувачките и рефлектираните бранови. На границата каде што се рефлектира бранот, се добива антинод ако медиумот од кој се јавува рефлексијата е помалку густа (сл. 5.5, А), и јазол - ако е погуст (сл. 5.5, б).
Ако земеме предвид патувачки бран , потоа во насока на неговото ширење пренесена енергијаосцилаторно движење. Кога исто нема постојан бран на пренос на енергија , бидејќи инцидентите и рефлектираните бранови со иста амплитуда носат иста енергија во спротивни насоки.
Прашање 32
Звучни бранови.
Звук(или акустична) брановисе нарекуваат еластични бранови кои се шират во средина со фреквенции во опсег од 16-20000 Hz. Бранови на наведените фреквенции, кои влијаат слушен апаратлуѓето, предизвикуваат чувство на звук. Бранови со n< 16 Гц (инфразвучен) И n> 20 kHz ( ултразвук) не ги перцепираат човечките слушни органи.
Звучните бранови во гасовите и течностите можат да бидат само надолжни, бидејќи овие медиуми се еластични само во однос на деформациите на компресија (затегнување). Кај цврстите тела, звучните бранови можат да бидат и надолжни и попречни, бидејќи цврстите тела имаат еластичност во однос на деформациите на компресија (напон) и смолкнување.
Интензитетот на звукот(или моќта на звукот) е величина одредена со временската просечна енергија пренесена од звучен бран по единица време низ единица површина нормална на насоката на ширење на бранот:
SI единица за интензитет на звук - вати на метар квадрат(W/m2).
Чувствителноста на човечкото уво варира за различни фреквенции. За да се предизвика звучна сензација, бранот мора да има одреден минимален интензитет, но ако овој интензитет надмине одредена граница, тогаш звукот не се слуша и предизвикува само болна сензација. Така, за секоја фреквенција на осцилација има минимум (праг на слух)и најголем (праг болка) звучни интензитети кои се способни да предизвикаат аудитивна перцепција. На сл. 223 ја покажува зависноста на праговите на чујност и болка од фреквенцијата на звукот. Областа која се наоѓа помеѓу овие две кривини е звучна област.
Ако интензитетот на звукот е количина што објективно го карактеризира брановиот процес, тогаш субјективната карактеристика на звукот поврзана со неговиот интензитет е јачина на звукот, во зависност од фреквенцијата. Според физиолошки законВебер - Фехнер, со зголемување на интензитетот на звукот, гласноста се зголемува според логаритамскиот закон. Врз основа на тоа тие воведуваат објективно оценувањејачината на звукот врз основа на измерената вредност на неговиот интензитет:
Каде Јас 0 - интензитетот на звукот на прагот на чујност, земен за сите звуци да биде 10–12 W/m2. Магнитуда Лповикани ниво на интензитет на звуки се изразува во ѕвона (во чест на пронаоѓачот на телефонот Бел). Обично тие користат единици 10 пати помали - децибели(dB).
Физиолошки карактеристикизвукот е ниво на јачина на звук, што се изразува во позадини(позадина). Јачината на звукот на 1000 Hz (фреквенцијата на стандарден чист тон) е еднаква на 1 фон ако нивото на неговиот интензитет е 1 dB. На пример, бучавата во вагон на метрото со голема брзина одговара на »90 фон, а шепот на растојание од 1 m одговара на »20 фон.
Вистинскиот звук е суперпозиција на хармонски осцилации со голем сет на фреквенции, т.е. звукот има акустичен спектар, што може да биде солидна(во одреден интервал има осцилации на сите фреквенции) и пресуди(има флуктуации разделен пријателедни од други на одредени фреквенции).
Покрај јачината на звукот, звукот се карактеризира со висина и тембр. Теренот- квалитет на звукот, одреден од личност субјективно по уво и во зависност од фреквенцијата на звукот. Како што се зголемува фреквенцијата, висината на звукот се зголемува, односно звукот станува „повисок“. Природата на акустичниот спектар и дистрибуцијата на енергија помеѓу одредени фреквенции ја одредува уникатноста на звучната сензација, т.н. тембр на звук.Така, различни пејачи кои свират на иста нота имаат различен акустичен спектар, односно нивните гласови имаат различен тембр.
Изворот на звук може да биде секое тело што вибрира во еластичен медиум со звучна фреквенција (на пример, во гудачки инструментиИзворот на звукот е низа поврзана со телото на инструментот).
Со осцилирање, телото предизвикува вибрации на соседните честички на медиумот со иста фреквенција. Состојбата на осцилаторно движење сукцесивно се пренесува до честичките на медиумот кои се повеќе оддалечени од телото, т.е. бранот се шири во медиумот со фреквенција на осцилација еднаква на фреквенцијата на неговиот извор и со одредена брзина во зависност од густината и еластичните својства на медиумот. Брзината на ширење на звучните бранови во гасовите се пресметува со формулата
Каде R-константа на моларен гас, М - моларна маса, g=С р/С V -односот на моларните топлински капацитети на гасот при постојан притисок и волумен, Т -термодинамичка температура. Од формулата (158.1) следува дека брзината на звукот во гасот не зависи од притисокот Ргас, но се зголемува со зголемување на температурата. Колку е поголема моларната маса на гасот, толку е помала брзината на звукот. На пример, кога Т= 273 K брзина на звукот во воздухот ( М=29×10 -3 kg/mol) v=331 m/s, во водород ( М=2×10 -3 kg/mol) v=1260 m/s. Изразот (158.1) одговара на експериментални податоци.
При ширење на звукот во атмосферата, потребно е да се земе предвид цела линијафактори: брзина и насока на ветерот, влажност на воздухот, молекуларна структура гасна средина, феномените на прекршување и рефлексија на звукот на границата на два медиума. Дополнително, секој реален медиум има вискозитет, така што се забележува слабеење на звукот, т.е. намалување на неговата амплитуда и, следствено, интензитетот на звучниот бран додека се шири. Слабеењето на звукот во голема мера се должи на неговата апсорпција во медиумот, поврзано со неповратната транзиција на звучната енергија во други форми на енергија (главно топлинска).
За акустика во просторијата големо значењеТоа има звучен одек- процес на постепено слабеење на звукот во затворени простори откако неговиот извор е исклучен. Ако собите се празни, тогаш звукот полека згаснува и се создава „бум“ на просторијата. Ако звуците брзо бледнеат (кога се користат материјали што апсорбираат звук), тогаш тие се доживуваат како пригушени. Време на одекнување- ова е времето во кое интензитетот на звукот во просторијата се намалува за милион пати, а неговото ниво за 60 dB. Собата има добра акустика ако времето на одек е 0,5-1,5 сек.
Прашање 32.1
Теренот
Покрај гласноста, звукот се карактеризира и со висина. Висината на звукот се одредува според неговата фреквенција: колку е поголема фреквенцијата на вибрации во звучниот бран, толку е поголем звукот. Вибрациите со ниска фреквенција одговараат на ниски звуци, вибрациите со висока фреквенција одговараат на високи звуци.
Така, на пример, бумбарот ги мавта крилјата со помала фреквенција од комарецот: за бумбар е 220 отчукувања во секунда, а за комарец е 500-600. Затоа, летот на бумбарот е проследен со слаб звук (зуење), а летот на комарец е проследен со висок звук (чкрипење).
Звучниот бран со одредена фреквенција инаку се нарекува музички тон, така што висината на звукот често се нарекува висина.
Основниот тон измешан со неколку вибрации на други фреквенции формира музички звук. На пример, звуците на виолина и пијано може да вклучуваат до 15-20 различни вибрации. Од составот на секој комплексен звукнеговиот тембр зависи.
Фреквенција бесплатни вибрациинизата зависи од нејзината големина и напнатост. Затоа, затегнувајќи ги жиците на гитарата со помош на штипки и притискајќи ги на вратот на гитарата во различни места, ја менуваме нивната сопствена фреквенција, а со тоа и висината на звуците што ги прават.
Природата на перцепцијата на звукот во голема мера зависи од распоредот на просторијата во која се слуша говор или музика. Тоа се објаснува со тоа што во затворени простори слушателот восприема, освен директен звук, исто така континуирана серија на брзо последователни повторувања предизвикани од повеќекратни рефлексии на звук од предмети во просторијата, ѕидовите, таванот и подот.
Прашање 32.2
Моќта на звукот
Моќта на звукот(релативна) - застарен термин кој опишува вредност слична на, но не и идентична на интензитетот на звукот. Забележуваме приближно иста ситуација за светлосниот интензитет (единица - кандела) - вредност слична на интензитетот на зрачење (единица - ват по стерадиан).
Интензитетот на звукот се мери на релативна скала од праг вредност, што одговара на јачина на звук од 1 pW/m² при синусоидална сигнална фреквенција од 1 kHz и звучен притисок од 20 μPa. Споредете ја оваа дефиниција со дефиницијата за единица на светлосен интензитет: „канделата е еднаква на интензитетот на светлината емитирана во дадена насока од монохроматски извор, со фреквенција на зрачење од 540 THz и интензитет на зрачење во таа насока од 1/ 683 W/sr.”
Во моментов терминот „моќта на звукот“заменет со терминот "ниво на јачина на звукот"
Набљудувања на ширење на брановите на површината на водата од две или повеќеизворите покажуваат дека брановите минуваат еден низ друг без воопшто да влијаат еден на друг. На ист начин, звучните бранови не влијаат еден на друг. Кога свири оркестар, звуците од секој инструмент ни доаѓаат сосема исто како секој инструмент да свири посебно.
Овој експериментално утврден факт се објаснува со фактот дека, во границите на еластична деформација, компресија или истегнување на телата долж една насока не влијае на нивните еластични својства кога се деформираат во која било друга насока. Затоа, во секоја точка од која стигнуваат брановите различни извори, резултатот од дејството на неколку бранови во секое време е еднаков на збирот на резултатите од дејството на секој бран посебно. Овој модел се нарекува принцип на суперпозиција.
Пречки во бранови.
За да стекнеме подлабоко разбирање за содржината на принципот на суперпозиција, да го извршиме следниот експеримент.
Во бранова бања, користејќи вибратор со две прачки, ќе создадеме два точкасти извори на бранови со иста фреквенција
двоумење. Набљудувањата покажуваат дека во овој случај се појавува посебен модел на ширење на брановите во брановата бања. На водена површиналентите се означени таму каде што нема вибрации (сл. 226).
Сличен феномен може да се најде во експериментите со звучни бранови. Ајде да инсталираме два динамични звучници и да ги поврземе на излезот на еден генератор на звук. Движејќи се на кратки растојанија во училница, можете да слушнете дека звукот е силен во некои точки во просторот, а тивок во други. Звучните бранови од два извора се зајакнуваат едни со други во некои точки во вселената и се слабеат во други (сл. 227).
Феноменот на зголемување или намалување на амплитудата на добиениот бран кога се додаваат два или повеќе бранови со исти периоди на осцилација се нарекува бранова интерференција.
Феноменот на бранова интерференција не е во спротивност со принципот на суперпозиција. Во точките со нулта амплитуда на осцилации, два бранови кои се среќаваат не се „поништуваат“ еден со друг; и двата се шират понатаму без промени.
Услови за минимални и максимални пречки.
Амплитудата на осцилациите е нула на
оние точки во просторот во кои брановите со иста амплитуда и фреквенција пристигнуваат со фазно поместување на осцилациите за или за половина од периодот на осцилација. Со истиот закон за осцилација на два извори на бранови, разликата ќе биде половина од периодот на осцилација, под услов разликата во растојанијата од брановите извори до оваа точка да биде еднаква на половина од брановата должина:
или непарен број полубранови:
Разликата се нарекува разлика на патеката на интерферентните бранови и состојба
се нарекува услов за минимална интерференција.
Максималните пречки се забележани во точките во просторот каде брановите пристигнуваат со иста фаза на осцилација. Со оглед на истиот закон за осцилација на два извора, за да се задоволи овој услов, разликата на патеката мора да биде еднаква на цел број бранови:
Кохерентност.
Интерференцијата на брановите е можна само ако е исполнет условот за кохерентност. Зборот кохерентност значи конзистентност. Осцилациите со иста фреквенција и постојана фазна разлика со текот на времето се нарекуваат кохерентни.
Интерференција и закон за зачувување на енергијата.
Каде исчезнува енергијата на два бранови во местата на минимум пречки? Ако земеме предвид само едно место каде што се среќаваат два бранови, тогаш на таквото прашање не може да се одговори точно. Распространувањето на брановите не е збир на независни процеси на осцилација во одделни точки во просторот. Суштина процес на брановисе состои во пренесување на енергијата на осцилациите од една точка во просторот во друга, итн. Кога брановите се мешаат во местата на минимум пречки, енергијата на добиените осцилации е всушност помала од збирот на енергиите на два бранови кои пречат. Но, во местата на максимални пречки, енергијата на добиените осцилации го надминува збирот на енергиите на интерферентните бранови за точно иста количина како што се намалила енергијата во местата на минимумите на пречки. Кога брановите се мешаат, енергијата на осцилацијата се прераспределува во просторот, но во исто време строго се почитува законот за зачувување на енергијата.
Бранова фракција.
Ако ја намалите големината на дупката во пречката долж патеката на бранот, тогаш колку е помала големината на дупката, толку поголеми отстапувања од праволиниската насока на ширење брановите ќе ги доживеат (сл. 228, а, б) . Отстапувањето на правецот на ширење на бранот од права линија на границата на препреката се нарекува бранова дифракција.
За да ја набљудуваме дифракцијата на звучните бранови, поврзуваме звучници на излезот на звучниот генератор и поставуваме екран направен од материјал на патеката на звучните бранови.
апсорпција на звучни бранови. Со поместување на микрофонот зад екранот, можете да откриете дека звучните бранови се снимаат и зад работ на екранот. Со промена на фреквенцијата на звучните вибрации, а со тоа и должината на звучните бранови, може да се утврди дека феноменот на дифракција станува позабележителен со зголемување на брановата должина.
Дифракција на брановите се случува кога ќе наидат на пречка од која било форма и големина. Обично, кога големината на пречката или дупката во пречката е голема во споредба со брановата должина, дифракцијата на бранот е малку забележлива. Дифракцијата најјасно се манифестира кога брановите минуваат низ отвор со димензии според редот на брановата должина или кога наидуваат на пречки со исти димензии. Кога е доволно долги растојанијапомеѓу изворот на бранот, пречката и местото каде што се набљудуваат брановите, може да се појават феномени на дифракција и кога дупката или пречката се големи.
Принципот Хајгенс-Френел.
Квалитативно објаснување на феноменот на дифракција може да се даде врз основа на принципот на Хајгенс. Сепак, принципот на Хајгенс не може да ги објасни сите карактеристики на ширењето на бранот. Дозволете ни да поставиме пречка со широка дупка на патеката на рамни бранови во брановата бања. Искуството покажува дека брановите минуваат низ дупката и се шират по првичната насока на зракот. Брановите од дупката не се шират во други насоки. Ова е во спротивност со принципот на Хајгенс, според кој секундарните бранови треба да се шират во сите правци од точките до кои доаѓа примарниот бран.
Да ставиме широка бариера на патот на брановите. Искуството покажува дека брановите не се шират надвор од пречка, што повторно е во спротивност со принципот на Хајгенс. За да ги објасни феномените забележани кога брановите се среќаваат со пречките, францускиот физичар Аугустин Френел (1788-1827) во 1815 година го дополнил принципот на Хајгенс со идеи за кохерентноста на секундарните бранови и нивната интерференција. Отсуството на бранови подалеку од насоката на зракот на примарниот бран зад широка дупка според принципот Хајгенс-Френел се објаснува со фактот дека секундарниот кохерентни бранови, емитирана различни областидупките се мешаат едни со други. Нема бранови во оние места каде што се исполнети условите за минимум на пречки за секундарни бранови од различни области.
Поларизација на бранови.
Феномени на интерференција и дифракција
се забележуваат и при ширење на надолжните и попречните бранови. Меѓутоа, попречните бранови имаат едно својство кое надолжните бранови го немаат - својството на поларизација.
Поларизиран бран е попречен бран во кој сите честички осцилираат во иста рамнина. Рамно-поларизиран бран во гумен кабел се создава кога крајот на кабелот осцилира во една рамнина. Ако крајот на кабелот осцилира различни насоки, тогаш бранот што се шири долж кабелот не е поларизиран.
Поларизација на овој бран може да се постигне со поставување на пречка на неговиот пат со отвор во форма на тесен шлиц. Слот дозволува само вибрации на кабелот што се појавуваат долж него. Затоа, откако ќе помине низ процепот, бранот станува поларизиран во рамнината на процепот (сл. 229). Ако понатаму на патеката на рамно-поларизираниот бран се постави втор процеп паралелно со првиот, тогаш бранот слободно поминува низ него. Вртењето на вториот процеп во однос на првиот за 90° го запира процесот на ширење на брановите во кабелот.
Уредот што ги одвојува од сите можни вибрации оние што се случуваат во една рамнина (првиот процеп) се нарекува поларизатор. Уредот што ви овозможува да ја одредите рамнината на поларизација на бранот (вториот процеп) се нарекува анализатор.
Интерференција и дифракција на брановите. Доплер ефект.
Кога неколку бранови се шират истовремено, поместувањето на честичките на медиумот е векторска сума од поместувањата што би настанале доколку секој бран се шири посебно. Со други зборови, брановите едноставно се преклопуваат еден со друг без да се искривуваат еден со друг. Овој експериментален факт му бил познат на Леонардо да Винчи, кој забележал дека круговите на бранови на вода од различни извори минуваат еден низ друг и се шират понатаму без да претрпат никакви промени. Изјавата за независното ширење на неколку бранови се нарекува принцип на суперпозиција за браново движење.Веќе го разгледавме ширењето во една насока на два еднакво поларизирани монохроматски бранови со слични фреквенции. Како резултат на суперпозицијата на таквите бранови, се добива речиси синусоидален бран со амплитуда која периодично варира во просторот. Изгледа „слика“ од таков бран следниот пријателеден по друг има групи бранови, а осцилацијата предизвикана од бранот во која било фиксна точка има карактер на отчукувања.
Кохерентни бранови.
Од особен интерес е случајот со додавање на таканаречени кохерентни бранови, бранови од конзистентни извори. Наједноставниот пример за кохерентни бранови се монохроматските бранови со иста фреквенција со постојана фазна разлика. За вистински монохроматски бранови, барањето за константна фазна разлика ќе биде непотребно, бидејќи тие се бесконечно продолжени во просторот и времето и два такви бранови со иста фреквенција секогаш имаат константна фазна разлика. Но, процесите на реални бранови, дури и оние блиску до монохроматски, секогаш имаат конечен обем. За да бидат кохерентни ваквите квази-монохроматски бранови, кои се низи од сегменти на синусните бранови, задолжително е барањето за константна фазна разлика. Строго кажано, концептот на кохерентност на брановите е покомплексен отколку што е опишано погоре. Ќе го запознаеме подетално кога ја проучуваме оптиката.Образдата на осцилации предизвикана од овие бранови е неподвижна, во секоја точка се јавуваат осцилации со амплитуда независна од времето. Се разбира, амплитудите на осцилацијата ќе се разликуваат во различни точки.Нека, на пример, две кохерентен извор, лоцирани на растојание едни од други, создаваат сферични бранови, чие мешање се забележува во точка (сл. 201). Ориз. 201. Кон интерференција на бранови од два точкасти извори
Ако растојанијата од изворите до точката на набљудување се големи во споредба со растојанието помеѓу изворите, тогаш амплитудите на двата брана на точката на набљудување ќе бидат речиси исти. Насоките на поместувањата на точките во медиумот предизвикани од овие бранови на местото на набљудување исто така ќе бидат исти. Ако изворите осцилираат во иста фаза, тогаш фазната разлика на брановите во една точка зависи само од разликата во патеката на брановите од изворите до точката на набљудување. Ако оваа разлика на патеката е еднаква на цел број бранови должини, тогаш брановите пристигнуваат во точка во фазата и, собирајќи се, даваат осцилација со двојно поголема амплитуда. Ако разликата во патеката е еднаква на непарен број полубранови, тогаш брановите пристигнуваат во точката P во антифаза и ја „поништуваат“ амплитудата на едни со други. како резултат на осцилацијаеднаква на нула. За средните вредности на разликата во патеката, амплитудата на осцилациите на точката на набљудување зема одредена вредност во интервалот помеѓу наведените ограничувачки случаи. Секоја точка на медиумот се карактеризира со одредена вредност на амплитудата на осцилацијата, која не се менува со текот на времето. Распределбата на овие амплитуди во просторот се нарекува интерференција и шема на осцилации.Амортизацијата на осцилациите на некои места и засилувањето на други за време на брановата интерференција, општо земено, не се поврзани со какви било трансформации на енергијата на осцилациите. Во точките каде што осцилациите од два бранови се поништуваат едни со други, енергијата на брановите во никој случај не се претвора во други форми, како што е топлината. Сè се сведува на прераспределба на протокот на енергија во просторот, така што минимумите на енергијата на осцилацијата на некои места се компензираат со максималните во други, во целосна согласност со законот за зачувување на енергијата. Да се набљудува стабилна шема на пречки , не е неопходно да има два независни кохерентни извори. Вториот бран, кохерентен со првобитниот бран, може да се добие како резултат на рефлексијата на првобитниот бран од границата на медиумот во кој се шират брановите. Во овој случај, инцидентот и рефлектираните бранови се мешаат.
Постојан бран.
Ако рамномерен монохроматски бран нормално се сруши на рамнина меѓу две медиуми, тогаш како резултат на рефлексија од границата се појавува и рамнински бран, кој се шири во обратна насока. Сличен феномен се јавува кога бранот што се шири во низата се рефлектира од фиксен или слободен крај на низата. Кога амплитудите на ударот и рефлектираните бранови се еднакви, стоечкиот бран се формира како резултат на пречки. ВО стоечки бран, како и општо при интерференцијата на брановите, секоја точка на медиумот врши хармонска осцилација со одредена амплитуда, која, за разлика од случајот со патувачки бран, во различни точки на медиумот има различни значења(Сл. 202).
Точките во кои амплитудата на вибрациите на жицата е максимална се нарекуваат антиноди на стоечки бранови. Точките во кои амплитудата на осцилацијата е нула се нарекуваат јазли. Растојанието помеѓу соседните јазли е еднакво на половина од должината на патувачкиот бран. Графикот на амплитудата на стоечкиот бран наспроти е прикажан на сл. 202. На истата слика испрекината линија ја покажува положбата на низата во одреден момент во времето.Осцилациите на сите точки на низата што лежат помеѓу кои било два најблиски јазли се случуваат во иста фаза. Вибрации на жици кои лежат по должината различни странијазол, се јавуваат во антифаза. Фазните односи во стоечкиот бран се јасно видливи од Сл. 202. Стоечкиот бран што произлегува од рефлексијата од слободниот крај на низата се разгледува на сосема сличен начин.
Постојан бран и нишало.
Честичките од низата лоцирани на јазлите на стоечкиот бран воопшто не се движат. Затоа, не се случува пренос на енергија преку јазлите точки. Стоечкиот бран, во суштина, повеќе не е браново движење, иако се добива како резултат на мешање на два бранови со иста амплитуда кои патуваат еден кон друг. Фактот дека стоечкиот бран повеќе не е бран, туку само осцилации, може да се види и од енергетските размислувања.Кај патувачкиот бран, кинетичката и потенцијалната енергија во секоја точка осцилираат во иста фаза. Во стоечки бран, како што може да се види, на пример, од Сл. 202, осцилациите на кинетичката и потенцијалната енергија се поместуваат во фаза на ист начин како и за време на осцилациите на нишалото во моментот кога сите точки на низата истовремено минуваат низ рамнотежна положба, кинетичката енергија на низата е максимална, а потенцијалната енергија е еднаква на нула, бидејќи низата во овој момент не е деформирана .Бранови површини. Визуелно претставувањеШирењето на монохроматските бранови во еластична средина или на површината на водата е означено со сликата на брановите површини. Сите точки на медиумот што лежат на иста бранова површина моментално имаат иста фаза на осцилација. Со други зборови, површината на бранот е површина со постојана фаза Равенката на површината на бранот може да се добие со изедначување на фазата во брановата равенка константна вредност. На пример, за рамен бран опишан со равенката, ја добиваме равенката на површината на бранот со изедначување на аргументот на косинус со произволна константа.Може да се види дека за фиксен момент во времето равенката е равенка на рамнина нормална на оската. Со текот на времето, оваа рамнина се движи со брзина и по оска паралелна со себе.За сферичен бран опишан со равенката, константната фазна површина е дадена со равенката. Површината на бранот во овој случај е сфера, чиј центар се совпаѓа со центарот на бранот, а радиусот се зголемува со постојана брзина.
Бран фронт.
Неопходно е да се направи разлика помеѓу концептите на бранова површина и брановиден фронт. Брановата површина беше воведена за монохроматски, строго кажано, бесконечно продолжен бран, при чие ширење сите точки на медиумот прават хармонични вибрации. Се разбира, овој концепт може да се примени на повеќе општ случајпроцес на стационарни бранови, во кој сите точки на медиумот вршат периодични (но не нужно хармонични) осцилации според законот произволни периодична функцијатвојот аргумент. Брановите површини во овој случај имаат потполно ист изглед како кај монохроматски бран.Концептот на брановиден фронт се однесува на нестационарниот брановиден процес на ширење на нарушување. Целиот медиум нека мирува и во одреден момент во времето се вклучува извор на осцилација, од кој во медиумот почнува да се шири нарушување. Брановиот фронт е површина што ги одделува точките на медиумот кои почнале да се движат од оние точки до кои нарушувањето сè уште не стигнало. Очигледно е дека во хомогена изотропна средина брановиот фронт од рамниниот извор на осцилации е рамнина, а брановиот фронт од точкаст извор е сфера.Кога брановите се шират во хомогена средина, наоѓањето бранови површини не е тешко. Но, ако има нехомогености, бариери, интерфејси во медиумот, наоѓањето бранови површини станува покомплицирано.Хајгенсовиот принцип. Едноставна техника за изградба на бранови површини беше предложена од Хајгенс. Принципот на Хајгенс дозволува да се најде бранова површина во одреден момент во времето ако е позната нејзината позиција во претходниот момент. За да го направите ова, секоја точка од површината на бранот во одреден момент во времето треба да се смета како извор на секундарни бранови (сл. 203). По одреден временски период, површината на бранот на секој секундарен бран претставува сфера со радиус во хомогена средина. Посакуваната бранова површина во моментот на времето е геометриската обвивка на брановите површини на секундарните бранови. Принципот на Хајген, исто така, може да се користи за да се најде брановиот фронт во случај на нестационарен бранов процес.
Ориз. 203. Изградба на бранова површина според принципот на Хајгенс Во првобитната формулација на Хајгенс, овој принцип во суштина беше само удобен рецепт за пронаоѓање на бранови површини, бидејќи не објасни, на пример, зошто позицијата на брановата површина е дадена со предната обвивка на секундарните бранови и какво е значењето на задната површина на обвивката прикажана на сл. 203 испрекината линија. Оправданоста за принципот на Хајгенс беше дадена од Френел врз основа на земање предвид на интерференцијата на секундарните бранови. Примената на принципот Хајгенс-Френел ќе ја сретнеме при изучувањето на оптиката Лесно е да се види дека во едноставни случаиширење на рамнина или сферичен бран во хомогена средина, Хајгенсовиот принцип води до точни резултатирамниот бран останува рамнина, а сферичниот бран останува сферичен. Принципот на Хајген ни овозможува да го најдеме законот за рефлексија и прекршување на рамниот бран на бесконечна рамен интерфејс помеѓу две хомогени медиуми.Бранови во нехомогена средина. Користејќи го принципот на Хајгенс, можно е да се објасни зошто површината на бранот ротира кога брановите се шират во нехомогена средина. Нека, на пример, густината на медиумот p се зголемува во насока на оската y (сл. 204)
на тој начин што брзината на ширење на брановите и се намалува долж y долж линеарен закон. Ако во одреден момент брановата површина е рамнина, тогаш по краток временски период, во еден момент, оваа бранова површина, како што може да се види од сл. 204, се врти и зазема нова позиција. По следниот краток временски период, зазема позиција.Опишаните појави е погодно за набљудување кога брановите се шират на површината и звучните бранови во воздухот. Рефракција Сл. 204. Ротација на брановиот звук предизвикан од површинска нехомогеност во нехомогена средина атмосферски воздух, води до серија интересни појави. Жителите на крајбрежните села често слушаат гласови од чамци лоцирани многу далеку. Ова се случува кога температурата на воздухот над е повисока отколку на површината на водата; воздухот долу има поголема густина. Ова значи дека брзината на звукот долу, во близина на површината на водата, е помала од горе. Тогаш звучниот бран, кој треба да оди нагоре под агол, се прекршува кон водата и се шири по неговата површина. По површината на водата се формира еден вид брановодник по кој звукот може да патува на долги растојанија без забележливо слабеење.Сличен тесен брановодник може да постои и во длабочините на океаните при одредена комбинација на температури и соленост на водните слоеви. Како резултат на тоа, се формира тенок слој во кој брзината акустични брановипомалку отколку во слоевите над или под него. Звучната енергија во таков канал во суштина патува во две, а не во три димензии и затоа може да се открие на големи растојанија од изворот.
Дифракција на бранови.
Примената на Хајгенсовиот принцип за ширење на бранови во медиум во присуство на пречки овозможува квалитативно да се објасни феноменот на дифракција - свиткување на брановите во областа на геометриска сенка. Размислете, на пример, инцидент со рамни бранови на рамен ѕид со прави рабови (сл. 205). За поедноставност, ќе претпоставиме дека делот од бранот што се спушта на ѕидот е целосно апсорбиран, така што нема рефлектирачки бран. На сл. 205 покажува бранови површини конструирани според Хајгенсовиот принцип зад пречката. Може да се види дека брановите всушност се наведнуваат во регионот на сенка, но принципот на Хајгенс не кажува ништо за амплитудата на осцилациите во бранот зад пречката. Може да се најде со разгледување на интерференцијата на брановите што пристигнуваат во регионот на геометриската сенка. Распределбата на амплитудите на вибрациите зад пречката се нарекува шема на дифракција. Директно зад пречката амплитудата на осцилациите е многу мала. Колку е подалеку од пречката, толку позабележително станува пенетрацијата на вибрациите во пределот на геометриската сенка.Целосниот изглед на дифракционата шема зад пречката зависи од односот помеѓу брановата должина, големината на пречката и растојанието од пречката до точката за набљудување. Ако брановата должина е поголема од големината на пречката, тогаш бранот едвај ја забележува. Ако брановата должина R е од ист ред како и големината на пречката, тогаш дифракцијата се манифестира дури и на многу кратко растојание и брановите зад пречката се само малку послаби отколку во полето на слободниот бран од двете страни. Ако, конечно, брановата должина е многу помали димензиипречки, шемата на дифракција може да се набљудува само на големо растојание од пречката, чија големина зависи.
Ориз. 205. Дифракција на рамен бран Бран од подвижен извор. Принципот на Хајген ни овозможува да го најдеме типот на брановиот фронт за нестационарен брановиден процес што се јавува кога изворот на осцилации се движи во стационарна средина. Овде, можни се два значително различни случаи: брзината на изворот е помала од брзината на ширење на бранот во медиумот и обратно. Нека изворот почне да се движи од точката O во права линија со постојана брзина y, постојано возбудливи осцилации. Во првиот случај, кога прашањето за обликот на брановиот фронт и неговата положба ќе се реши многу едноставно, предниот дел ќе биде сферичен, а неговиот центар се совпаѓа со положбата на изворот во почетниот момент, бидејќи трагата од сите последователни нарушувања ќе бидат внатре во оваа сфера (сл. 206) Навистина, ќе ги разгледаме нарушувањата создадени од движечки извор во редовни временски интервали. Точките ја даваат позицијата на изворот во исто време. Секоја од овие точки може да се смета како центар на сферичен бран што го емитира изворот во моментот кога е во оваа точка. На сл. 206 ги прикажува позициите на предните делови на овие бранови во времето кога изворот е во точката. Бидејќи предниот дел на секој следен бран лежи целосно во предниот дел на претходниот.
Ориз. 206. Бранови површини кога изворот се движи со брзина помала од брзината на брановитеСл. 207. Бранови површини кога изворот се движи со брзина еднаква на брзината на волјата Ако брзината на изворот е еднаква на брзината на ширење на брановите во медиумот, тогаш, како што е прикажано на сл. 207, предните делови на сите бранови емитирани во точките се допираат до точката каде што моментално се наоѓа изворот. Ако на предниот дел на секој бран дојде до одредено набивање на медиумот, тогаш веднаш пред подвижниот извор, каде што се допираат предните делови на сите бранови, набивањето може да биде значајно.Мах конус. Особено интересен е случајот кога брзината на изворот е поголема од брзината на ширење на бранот во медиумот. Изворот е пред брановите што ги создава. На сл. 208.
Обвивката на овие фронтови ја претставува површината кружен конус, чија оска се совпаѓа со траекторијата на изворот, темето во секој момент од времето се совпаѓа со изворот и се одредува аголот помеѓу генератриксот и оската, како што е јасно од сл. 208, според релацијата.Таков брановиден фронт се нарекува Мах конус. Овој тип на брановиден фронт мора да се сретне во сите случаи на тела кои се движат со суперсонична брзина - проектили, проектили, млазни авиони. Во случаи кога набивањето на медиумот на брановиот фронт е значајно, брановиот фронт може да се фотографира.
Ориз. 209. Мах конус и преден дел на звучен бран кога изворот се движи со брзина помала од брзината на волјата. 209, земен од фотографија, го прикажува Мах конусот на куршумот кој се движи со суперсонична брзина и предниот дел на звучниот бран создаден од куршумот додека се движи низ цевката со субсонични брзини. Сликата е направена во моментот кога куршумот го престигнува предниот дел на звучниот бран.Аналог на Мах конусот во оптиката е радијацијата Черенков, која настанува кога наелектризираните честички се движат во супстанција со брзина што ја надминува брзината на светлината во овој медиум. .
Доплер ефект.
Од Сл. 206 јасно е дека кога се движи извор на монохроматски бранови, должината на брановите емитирани во различни насоки е различна и се разликува од брановата должина што би ја емитувал стационарен извор. Ако го земеме предвид временскиот интервал еднаков на периодот на осцилација, тогаш сферите на сл. 206 може да се смета како последователни бранови гребени или корита, а растојанието меѓу нив како бранова должина емитирана во соодветната насока. Се гледа дека брановата должина што се емитува во насока на движење на изворот се намалува, а во спротивна насока- се зголемува. Сл. помага да се разбере како тоа се случува. 210, изворот го започнува следниот период на браново зрачење, наоѓајќи се во точка и, движејќи се во иста насока како бранот, го завршува периодот, наоѓајќи се во точка. Како резултат на тоа, должината на емитираниот бран се покажува помала од, за одредена количина.
Стационарниот приемник кој ги регистрира овие бранови ќе прима осцилации со фреквенција различна од фреквенцијата на осцилации.Оваа формула важи и кога изворот се приближува до неподвижниот приемник и кога тој се оддалечува. При приближување брзината на изворот се зема со позитивен предзнак, а при оддалечување со негативен знак.Ако изворот се движи со субсонична брзина тогаш при приближување фреквенцијата на примениот звук е поголема, а при оддалечување , пониско отколку со стационарен извор. Оваа промена на висината лесно се забележува кога се слуша звукот на воз или свиреж на автомобил што минува покрај него. Ако брзината на приближување на изворот на звук до приемникот се стреми кон брзината на звукот, тогаш брановата должина се стреми кон нула, а фреквенцијата до бесконечност. дури тогаш ќе пристигнат звучните бранови создадени од него додека се приближува. Овие бранови ќе пристигнат во обратен редослед од тоа како биле емитирани; брановите емитирани порано ќе пристигнат подоцна. Тоа е поентата негативна вредностфреквенција добиена од формулата.Промена на фреквенцијата на осцилациите снимени од приемникот се јавува и во случај кога изворот на бранот е неподвижен во медиумот, а приемникот се движи. Ако, на пример, приемникот се приближува до изворот со брзина, тогаш неговата брзина во однос на брановите врвови е еднаква. Затоа, фреквенцијата на осцилација снимена од него е еднаква на Оваа формула важи и кога приемникот се оддалечува од стационарен извор, само контролната брзина мора да се земе од негативен знак. Ако приемникот се оддалечи од изворот со суперсонична брзина, тогаш ги фаќа чекорите со претходно емитираните бранови и ги регистрира во обратен редослед Феноменот на промена на фреквенцијата на примените бранови кога изворот или приемникот се движат во однос на медиумот е наречен Доплер ефект.
Акустични бранови.
За човечкото уво, спектарот на звучни звуци се протега од... Но, овие граници се достапни само за многу млади луѓе. Со возраста, чувствителноста на горниот регион на спектарот се губи. Звучниот опсег е значително Понатамурелативно тесниот опсег на фреквенции во кои се содржани звуците на човечкиот говор. Лилјаците и делфините користат ултразвук (чија фреквенција лежи над горната граница на звучните звуци) како еден вид „радар“ (или „сонар“) за ехолокација, за да ја одредат положбата на предметите. Ултразвукот е широко користен во технологијата.Акустичните вибрации со фреквенции под долната граница на звучни звуци се нарекуваат инфразвук. Тие обично предизвикуваат непријатни, вознемирени чувства кај луѓето.
Во кои граници може да се промени амплитудата кога ќе се додадат два монохроматски бранови со иста фреквенција, во зависност од разликата во нивните фази?
Опишете го типот на шема на пречки создадена од два кохерентни точкасти извори.
Зошто е тешко да се слушне кога некој вика против ветрот? Се разбира, спротивниот ветер ја намалува брзината на звукот, но ова намалување е многу незначително и само по себе не може да го објасни забележаниот ефект: брзината на звукот во воздухот е околу 340 m/s, а брзината на ветерот обично не надминува 10-15 m. /s. За да се објасни ефектот, неопходно е да се земе предвид дека брзината на ветерот во близина на земјата е помала отколку на врвот.
Како феномените на интерференција се согласуваат со законот за зачувување на енергијата? Зошто, во случаи кога брановата должина е многу помала од големината на пречката, може да се набљудува шемата на дифракција само на многу големи растојанија од пречката?
Во кој случај поместувањето на фреквенцијата на звучните вибрации во доплеровиот ефект е поизразено: кога се движи изворот на звукот или кога приемникот се движи со иста брзина?
Дали формулите за поместување на фреквенцијата поради Доплеровиот ефект се применливи во случај на извор на звук или приемник што се движи со суперсонична брзина?
Наведете примери за употреба на ултразвук во технологијата позната за вас.
Пречки на светлината се подразбира како додавање на светлосни бранови, што резултира со формирање на стабилен модел на нивно засилување и слабеење. За да се добие пречки на светлината, мора да се исполнат одредени услови.
Дифракција на светлината е феномен на отстапување на светлината од линеарно ширење во средина со остри нехомогености. Можноста за набљудување на дифракција зависи од односот на брановата должина и големината на нехомогеностите. Со одреден степен на конвенција, се прави разлика помеѓу дифракција на сферични бранови (Френелова дифракција) и дифракција на рамно-паралелни бранови (дифракција на Фраунхофер). Можен е опис на шемата на дифракција земајќи ги предвид интерференцијата на секундарните бранови.
Поглавјето ја разгледува холографијата како метод базиран на интерференција и дифракција.
24.1. КОХЕРЕНТНИ ИЗВОРИ НА СВЕТЛИНАТА. УСЛОВИ ЗА НАЈГОЛЕМО ЗАЈАКНУВАЊЕ И СЛАБОСТ НА БРАНОВИТЕ
Додавањето бранови што се шират во медиум се одредува со додавање на соодветните осцилации. Наједноставниот случај на додавање на електромагнетни бранови се забележува кога нивните фреквенции и насоки се исти електрични векторипоклопуваат. Во овој случај, амплитудата на добиениот бран може да се најде со помош на формулата (7.20), која за интензитетот електрично полеајде да го напишеме во форма:
Во зависност од видот на изворите на светлина, резултатот од додавањето бранови може да биде фундаментално различен.
Прво, да го разгледаме додавањето на бранови кои доаѓаат од обични извори на светлина (светилка, пламен, Сонце, итн.). Секој таков извор претставува збир од огромен број атоми кои емитуваат. од-
еден атом емитира електромагнетен бран приближно 10 -8 секунди, а зрачењето е случаен настан, затоа фазната разлика Δ φ во формулата (24.1) зема случајни вредности. Во овој случај, просечната вредност над зрачењето на сите атоми cosΔφе еднакво на нула. Наместо (24.1), добиваме просечна еднаквост за оние точки во просторот каде што се додаваат два бранови кои доаѓаат од два обични извори на светлина:
Бидејќи интензитетот на бранот е пропорционален на квадратот на амплитудата, тогаш од (24.2) го имаме условот за собирање на интензитетите / 1 и / 2 бранови:
Јас= /1+ /2 . (24.3)
Ова значи дека за интензитетите на зрачењето што произлегува од два (или повеќе) обични извори на светлина, се задоволува прилично едноставно правило за собирање: интензитетот на вкупното зрачење е еднаков на збирот на интензитетите на брановите на компонентите. Ова се забележува во секојдневната практика: осветлувањето од две светилки е еднакво на збирот на осветлувањето создадено од секоја светилка посебно.
Ако Δφ остане непроменет, доаѓа до пречки на светлината. Интензитетот на добиениот бран зема вредности од минимум до одреден максимум во различни точки во просторот.
Интерференцијата на светлината произлегува од исти,кохерентнаизвори кои обезбедуваат постојана фазна разлика со текот на времетоΔ φ компоненти на брановите на различни точки. Брановите кои ја исполнуваат оваа состојба се нарекувааткохерентна.
Пречки може да се изведе од два синусни бранови со иста фреквенција, но практично е невозможно да се создадат такви светлосни бранови, така што кохерентните бранови се добиваат со разделување светлосен бран, доаѓа од изворот.
Овој метод се користи во Јунговиот метод.На патеката на сферичен бран што доаѓа од извор С,поставена е непроѕирна бариера со два процепи (сл. 24.1). Точките на брановата површина што стигнуваат до пречката стануваат центри на кохерентни секундарни бранови, така што процепите може да се сметаат како кохерентни извори. На екранот Есе забележува пречки.
Друг метод е да се добие виртуелна слика С"извор С(сл. 24.2) со помош на специјално еднослојно огледало
(Огледало на Лојд).Извори Си S" се кохерентни. Тие создаваат услови за мешање на брановите. Сликата покажува два пречки зраци кои удираат во точка Аекран Е.
Бидејќи времето τ на зрачење на поединечен атом е ограничено, разликата на патеката δ на зраците 1 И 2 пречки не може да биде премногу голем, во во спротивново точката Аќе се сретнат различни, некохерентни бранови. Највисока вредностδ за пречки се одредува преку брзината на светлината и времето на емисија на атомот:
δ = Соτ = 3? 108. 10-8 = 3 m (24,4)
Моделот на пречки може да се пресмета со помош на формулата (24.1) ако се познати фазната разлика на интерферентните бранови и нивната амплитуда.
Посебни случаи се од практичен интерес: најголемото засилување на бранот е максималниот интензитет (макс),најголемо слабеење - минимален интензитет (мин.).
Забележете дека условите на максимум и мини-
Попогодно е да се изрази мама интензитетот не преку фазната разлика, туку преку разликата на патеката, бидејќи обично се познати патеките што ги минуваат кохерентни бранови за време на пречки. Да го демонстрираме ова користејќи го примерот на интерференција на рамни бранови I, II, чии вектори се нормални на рамнината на цртежот (сл. 24.3).
Осцилации на векторот И на овие бранови во одредена точка B, оддалечена на растојанија x 1 и x 2
соодветно од секој извор се јавуваат според хармонискиот закон Ориз. 24.3
24.2. ИНФЕРЕНЦИЈА НА СВЕТЛИНАТА ВО ТЕНКИ ПЛОЧНИЦИ (ФИЛМОВИ). ЧИСТЕЊЕ НА ОПТИКАТА
Формирањето на кохерентни бранови и пречки се случуваат и кога светлината удира во тенка проѕирна плоча или филм. Светлосен зрак паѓа на рамнина паралелна плоча (сл. 24.4). Реј 1 од овој зрак удира во точка А,делумно рефлектирано (зрак 2), делумно прекршено (зрак сум).Прекршениот зрак се рефлектира на долната границачинии во точка м.Рефлектираниот зрак се прекрши во точка V,излегува во првата среда (зрак 3). Зраци 2 И 3 формирани од еден зрак, така што тие се кохерентни и ќе се мешаат. Ајде да ја најдеме оптичката разлика во патеката на зраците 2 И 3. За да го направите ова од точка Вајде да нацртаме нормално Сонцетодо зраците. Од директно СонцетоПред да се сретнат зраците, нивната разлика во оптичката патека нема да се промени; леќата или окото нема да воведат дополнителна фазна разлика.
Пред дивергенција во точка Аовие зраци во комбинација со други кои не се прикажани на сл. 24.4, формираше греда 1 и затоа, нормално, ја имаше истата фаза. Реј 3 го одеше растојанието \сум\+ |МВ| во плоча со индекс на рефракција n, зрак 2 - растојание \AC| во воздухот, па нивната разлика во оптичката патека е:
Ориз. 24.4
1 За цикличните процеси, не е важно дали фазата се намалува или се зголемува за π, затоа би било еквивалентно да се зборува не за загуба, туку за стекнување на половина бран, но таквата терминологија не се користи.
Од (24.22) е јасно дека брановите со значително различни амплитуди се мешаат во пренесената светлина, па затоа максималните и минималните малку се разликуваат едни од други и пречките се слабо забележливи.
Да ги анализираме зависностите (24.17) и (24.18). Ако паралелен зрак на монохроматско зрачење падне на тенка рамнина-паралелна плоча под одреден агол, тогаш, според овие формули, плочата изгледа светла или темна на рефлектираната светлина.
Кога плочата е осветлена со бела светлина, максималните и минималните услови се задоволени за поединечни бранови должини, плочата ќе стане обоена, а боите во рефлектираната и пренесената светлина ќе се надополнуваат една со друга до бела.
ВО реални условиупадниот зрак не е строго паралелен и нема еден специфичен агол на пад јас.Толку мало ширење јассо значителна дебелина на плочата лможе да доведе до значителна разлика во левата страна во формулите (24.17) и (24.18) и максималните и минималните услови нема да бидат исполнети за сите зраци на светлосниот зрак. Ова е едно од размислувањата што објаснува зошто пречките може да се забележат само кај тенки плочи и филмови.
Кога монохроматската светлина паѓа на плоча со променлива дебелина, секоја вредност лодговара на нејзината состојба на пречки, така што плочата е вкрстена со светли и темни линии (ленти) - линии со еднаква дебелина.Значи, во клин ова е систем паралелни линии(Сл. 24.6), во воздушниот јаз помеѓу леќата и плочата има прстени (Њутнови прстени).
Кога плоча со променлива дебелина е осветлена со бела светлина, се добиваат повеќебојни дамки и линии: обоени сапунски филмови,
Ориз. 24.6
филмови со масло и масло на површината на водата, блескави бои на крилјата на некои инсекти и птици. Во овие случаи, не е потребна целосна транспарентност на филмовите.
Мешањето во тенки филмови е од особен практичен интерес во врска со создавањето уреди кои го намалуваат делот од светлосната енергија рефлектирана од оптичките системи и ја зголемуваат
затоа, енергијата што се доставува до системите за снимање - фотографска плоча, око итн. За таа цел, површините на оптичките системи се обложени со тенок слој од метални оксиди така што за одредена просечна бранова должина за даден регион од спектарот има минимум пречки во рефлектираната светлина. Како резултат на тоа, процентот на пренесената светлина ќе се зголеми. Обложувањето на оптичките површини со специјални фолии се нарекува оптичка облога, а самите оптички производи со такви премази се нарекуваат обложена оптика.
Ако на стаклена површина се нанесат серија специјално избрани слоеви, можно е да се создаде рефлектирачки светлосен филтер, кој поради пречки ќе пренесе или рефлектира одреден опсег на бранови должини.
24.3. ИНТЕРФЕРОМЕРИ И НИВНА ПРИМЕНА. КОНЦЕПТ НА МИКРОСКОП ЗА ИНТЕРФЕРЕНЦИЈА
Светлосни пречки се користат во специјални уреди - интерферометри- за мерење со висок степенточност на бранови должини, кратки растојанија, индекси на прекршување на супстанции и определување на квалитетот на оптичките површини.
На сл. 24.7 е прикажан дијаграм на колото Мајклсон интерферометар,кој спаѓа во групата на двозрачни, бидејќи светлосниот бран во него е бифурциран 1 и двата негови дела, откако поминале поинаков пат, се мешаат.
Реј 1 монохроматска светлина од извор Спаѓа под агол од 45° на рамно-паралелна стаклена плоча А,чија задна површина е проѕирна, бидејќи е покриена со многу тенок слој од сребро. Во точката ЗАовој зрак се дели на два греди 2 и 3, чиј интензитет е приближно ист. Реј 2 стигнува до огледалото I, се рефлектира, прекршува во плочата Аи делумно излегува од плочата - зракот 2". Реј 3 од точка ЗАоди до огледалото II, се рефлектира, се враќа во плочата А,каде што делумно се рефлектира - зракот 3" . Зраци 2" И 3" , кои влегуваат во окото на набљудувачот се кохерентни, нивното мешање може да се регистрира.
Обично огледалата I и II се поставени така што зраците 2 И 3 Од дивергенција до средба поминуваат патеки со иста должина. Така што оптичкиот
1 Строго кажано, поради повеќекратните рефлексии, може да се формираат повеќе од два снопови, но нивните интензитети се незначителни.
1 Поради различни аглипаѓаат зраци одС до чинијата А или нестрога перпендикуларност на огледалата I и 11, шемата на пречки е скоро секогаш претставена со ленти (ленти со еднаков наклон или еднаква дебелина, соодветно). Ова прашање не се дискутира во детали.
Како што се гледа, пречки рефрактометар(интерферометар прилагоден за мерење на индексот на прекршување) е способен да ги сними промените во индексот на прекршување на шестото децимално место.
Интерферентниот рефрактометар се користи, особено, за санитарни и хигиенски цели за одредување на содржината на штетни гасови.
Со помош на интерферометар, Мајкелсон ја докажа независноста на брзината на светлината од движењето на Земјата, што беше еден од експерименталните факти кои служеа за создавање посебна теоријарелативноста.
Комбинацијата на интерферометар со два зраци и микроскоп, наречен интерферентен микроскоп, се користи во биологијата за мерење на индексот на прекршување, концентрацијата на сува материја и дебелината на проѕирните микрообјекти.
Шематскиот дијаграм на интерферентен микроскоп е прикажан на сл. 24.8. Зрак светлина, како во интерферометар, во точка Асе бифуркира, едниот зрак поминува низ проѕирниот микрообјект М, а другиот - надвор од него. Во точката Дзраците се поврзуваат и пречат; резултатот од пречките се користи за да се процени параметарот што се мери.
24.4. ПРИНЦИП ХАЈГЕНС-ФРЕНЕЛ
Пресметката и објаснувањето на дифракцијата на светлината може приближно да се направи со користење принципХајгенс-Френел.
Според Хајгенс, секоја точка на брановата површина до која стигнал бранот во даден момент е центар на елементарните секундарни бранови,нивната надворешна обвивка ќе биде бранова површина во следниот момент во времето (сл. 24.9; S 1 и S 2 се бранови површини, соодветно, во моменти т 1И t 2 ; t 2 > t 1).
Френел ја дополнил оваа позиција на Хајгенс со воведување на идејата за кохерентностсекундарно бранови и нивно мешање.
Во оваа генерализирана форма, овие идеи се нарекуваат принципХајгенс-Френел.
За да се одреди резултатот од дифракција во одредена точка во просторот, потребно е да се пресмета, според Хајгенсовиот принцип,
Ориз. 24.9
Френел, мешање на секундарните бранови кои пристигнуваат во оваа точка од површината на бранот. За бранова површина со произволна форма, таквата пресметка е доста комплицирана, но во некои случаи (сферична или рамна бранова површина, симетрична локација на точка во однос на површината на бранот и непроѕирна пречка) пресметките се релативно едноставни. Површината на бранот е поделена на посебни делови (Френел зони),подредени на одреден начин, што ги поедноставува математичките операции.
24.5. ДИФРАКЦИЈА СО РАЗ ВО ПАРАЛЕЛНИ ЗРАЦИ
До тесен долг шлиц, лоциран во рамна непроѕирна бариера МН,Рамно-паралелен зрак на еднобојна светлина паѓа нормално (сл. 24.10; \AB | = А- ширина на слотот; L-конвергирачка леќа со екран лоциран во фокусната рамнина Еда се набљудува шемата на дифракција).
Ако немаше дифракција, тогаш светлосните зраци што минуваат низ процепот ќе бидат фокусирани во точка ЗА,лежи на главната оптичка оска на леќата. Дифракцијата на светлината со процепот значително го менува феноменот.
Ќе претпоставиме дека сите зраци на зрак светлина доаѓаат од еден далечен извор 1 и затоа се кохерентни. АБе дел од површината на бранот, чијашто точка е центар на секундарните бранови кои се шират зад процепот во сите можни правци. Невозможно е да се прикажат сите овие секундарни бранови, затоа на Сл. Слика 24.10 покажува само секундарни бранови кои се шират под агол α во однос на насоката на упадниот зрак и решетката нормална. Објективот ќе ги собере овие бранови во одредена точка ЗА"екран, каде што ќе се набљудуваат нивните пречки. (Позиција на точка ЗА"добиени како пресек со фокусната рамнина на секундарната оска CO на леќата нацртана под агол α.)
За да го дознаеме резултатот од мешањето на секундарните бранови, ќе ги направиме следните конструкции. Ајде да нацртаме нормална АДкон насоката
1 Практично точка изворможе да се постави во фокусната точка на леќата што не е прикажана на сл. 24.10, Значи паралелен зрак на кохерентни бранови ќе се шират од леќата.
Ориз. 24.10
зрак од секундарни бранови. Патеките на сите секундарни бранови од АДпред ЗА"ќе бидат тау-тохрони, леќата нема да воведе дополнителна фазна разлика меѓу нив, па затоа разликата на патеката што се формирала во секундарните бранови до н.е.,ќе се зачува во точката ЗА“.
Ајде да го растуриме БДво отсечки еднакви на λ /2. Во случајот прикажан на сл. 24.10, добиени се три такви сегменти: \ВВ 2\ = \B 2 B 1\ = \B 1 D\ = λ /2. Цртање од точките НА 2И ВО 1директно, паралелно А.Д.ајде да се поделиме АБда се изедначат зоните на Френел: \AA 1\ = | AA 2 | = |A 2 B\. Секој секундарен бран што доаѓа од која било точка во една Френел зона може да најде соодветни секундарни бранови во соседните зони, така што разликата на патеката меѓу нив ќе биде λ /2.
На пример, секундарен бран кој доаѓа од точка А 2во избраната насока, патува до точката O "растојание λ / 2 поголемо од бранот што доаѓа од точката A 1 итн. Следствено, секундарните бранови кои доаѓаат од две соседни зони на Френел ќе се поништат еден со друг, бидејќи тие се разликуваат по фаза на π.
Бројот на зони кои се вклопуваат во процепите зависи од брановата должина λ и аголот α. Ако јазот АБподели кога се гради во Не парен бројФренел зони, а БД- со непарен број отсечки еднаков на λ /2, тогаш во точката O" постои максимален интензитетСвета:
Насоката што одговара на аголот α = 0 одговара и на максимумот, бидејќи сите секундарни бранови ќе пристигнат во ЗАво истата фаза.
Ако јазот АБподелени на парен број Френелови зони, тогаш набљудуваме минимален интензитетСвета:
Ориз. 24.11
Така на екранот ухќе се добие систем на светли (максимални) и темни (минимални) ленти, чии центри одговараат на условите (24.26) или (24.27), симетрично лоцирани лево и десно од централната (α = 0), најсветлиот, лента. Интензитет јасод преостанатите максими се намалува со растојанието од централниот максимум (сл. 24.11).
Ако процепот е осветлен со бело светло, тогаш на екранот ух[цм. (24.26), (24.27)] се формира систем на обоени ленти, само централниот максимум ќе ја задржи бојата на упадната светлина, бидејќи при α = 0 сите бранови должини на светлината се засилуваат.
Дифракцијата на светлината, како и интерференцијата, е поврзана со прераспределбата на енергијата на електромагнетните бранови во вселената. Во оваа смисла, отворот во непроѕирен екран не е само систем што ја ограничува примената на светлосниот флукс, туку редистрибутер на овој флукс во просторот.
За да се разбере влијанието на односот помеѓу ширината на процепот и брановата должина врз способноста да се набљудува шемата на дифракција, разгледајте некои посебни случаи:
24.6. ДИФРАКЦИСКО РЕШЕЊЕ. СПЕКТР НА ДИФРАКЦИЈА
Дифракциона решетка- оптички уред, која е колекција голем бројпаралелни, обично еднакво распоредени процепи.
Дифракциона решетка може да се добие со нанесување на непроѕирни гребнатини (стрикции) на стаклена плоча. Неизгребани места - пукнатини - ќе пуштат светлина; ударите што одговараат на просторот помеѓу процепите се расфрлаат и не пренесуваат светлина. Напречниот пресек на таквата дифракциона решетка (а) и нејзиниот симбол (б) се прикажани во
оризот. 24.12.
Растојанието помеѓу центрите на соседните процепи се нарекува константа или период на дифракционата решетка:
Каде А- ширина на слотот; б- ширината на јазот помеѓу процепите.
Ако зрак од кохерентни бранови падне на решетката, тогаш секундарните бранови кои патуваат во сите можни правци ќе се мешаат, формирајќи шема на дифракција.
Нека рамнински паралелен зрак од кохерентни бранови паѓа нормално на решетката (сл. 24.13). Дозволете ни да избереме одредена насока на секундарните бранови под агол α во однос на нормалата на решетката. Зраците кои доаѓаат од екстремните точки на два соседни процепи имаат разлика на патека δ = \A"B"\. Истата разлика на патеката ќе биде и за секундарните бранови кои доаѓаат од соодветно лоцирани парови точки на соседните процепи. Ако оваа разлика на патеката е множител на цел број бранови должини, тогаш ќе предизвика пречки главни максими, за што условот е исполнет
Каде к= 0, 1, 2 - редослед на главните максими.Тие се наоѓаат симетрично во однос на централната (к= 0, α = 0). Еднаквост (24,29) е основната формула на дифракциона решетка.
Помеѓу главните максими, се формираат минимуми (дополнителни), чиј број зависи од бројот на сите решетки на решетки. Да го изведеме условот за дополнителни минимуми. Нека разликата во патеката на секундарните бранови што се движат под агол α од соодветните точки на соседните процепи е еднаква на λ/N, т.е.
Каде Н- број на процепи на дифракционата решетка. Оваа разлика во патеката δ [види (24.9)] одговара на фазната разлика Δφ = 2π /Н.
Ако претпоставиме дека секундарниот бран од првиот процеп има нулта фаза во моментот на собирање со други бранови, тогаш фазата на бранот од вториот процеп е 2π/N, од третиот - 4π/N, од четвртиот - 6π/N, итн. Резултатот од додавањето на овие бранови, земајќи ја предвид фазната разлика, погодно се добива со помош на векторски дијаграм: збир Нидентични вектори на јачината на електричното (или магнетното) поле, аголот помеѓу сите соседни е 2π/N, еднаков на нула. Тоа значи дека условот (24.30) одговара на минимумот. Ако разликата на патеката на секундарните бранови од соседните процепи е δ = 2(λ/N) или фазната разлика е Δφ = 2(2π/N), ќе се добие и минимална интерференција на секундарните бранови кои доаѓаат од сите процепи, итн.
Како илустрација на сл. Слика 24.14 покажува векторски дијаграм што одговара на дифракциона решетка која се состои од шест процепи: Е 1, Е 2 иитн. - вектори на интензитетот на електричната компонента на електромагнетните бранови од првиот, вториот итн. шлиц ти.
Пет дополнителни минимуми кои произлегуваат за време на пречки (збирот на векторите е нула) се забележани кога фазната разлика на брановите што доаѓаат од соседните процепи е 60° (a), 120° (b), 180° (c), 240° (d ) и 300° (г).
Така, можеме да потврдиме дека постои помеѓу централната и секоја прва главна максима Ν - 1 дополнителен минимум што го задоволува условот:
Ориз. 24.15
Кога белата или друга немонохроматска светлина паѓа на дифракциона решетка, секој главен максимум, освен централниот, ќе се распадне во спектар [види. (24.29)]. Во овој случај кукажува редослед на спектарот.
24.7. ОСНОВИ НА СТРУКТУРНАТА АНАЛИЗА НА РНГ
Основната формула (24.29) на решетка за дифракција може да се користи не само за одредување на брановата должина, туку и за решавање на инверзниот проблем - наоѓање на константата на дифракционата решетка од позната бранова должина. Ваквата скромна задача во однос на конвенционалната дифракциона решетка практично води до важно прашање- мерење на параметрите на кристалната решетка со помош на дифракција на рендген, што е содржината на рендгенската структурна анализа.
Нека се спојат две дифракциони решетки, чии линии се нормални. За решетки, условите за главните максими се задоволени:
Агли α 1 и α 2 се мерат во меѓусебно нормални насоки. Во овој случај, на екранот ќе се појави систем на точки, од кои секоја одговара на пар вредности k 1И k 2или α 1 и α 2. Така, тука можете да најдете од 1И од 2според положбата на дифракционите точки.
Природен волумен периодична структурасе кристали, големи молекули итн. Секундарните бранови во кристалот се појавуваат како резултат на интеракцијата на примарните зраци со електроните на атомите.
За јасно да се набљудува шемата на дифракција, мора да се задоволи одредена врска помеѓу брановата должина и параметарот на периодичната структура (види 24.5). Оптималните услови одговараат на приближно ист редослед на овие вредности. Имајќи предвид дека растојанието помеѓу центрите за расејување (атомите) во кристал (~10 -10 m) е приближно еднакво на брановата должина на зрачењето на Х-зраци,
На сл. На слика 24.19, испрекината линија покажува две соседни кристалографски рамнини. Интеракција рендгенско зрачењесо атоми и појава на секундарни
Овие бранови може да се сметаат на поедноставен начин како рефлексија од авиони.
Нека паѓаат рендгенски зраци на кристалот под агол на пасење θ 1 И 2; 1" и 2" - рефлектирани (секундарни) зраци, SE И CF - нормални на инцидентот и рефлектираните зраци, соодветно. Разлика на патеката на рефлектираните зраци 1" и 2":
Каде л - меѓупланско растојание.
Максималните пречки за време на рефлексијата се јавуваат кога разликата во патеката е еднаква на цел број бранови должини:
Ова Формула Вулф-Брег.
Кога монохроматското зрачење на Х-зраци се спушта на кристал под различни агли, најголемата рефлексија (максимум) ќе биде за аглите што ги исполнуваат условите (24.42). При набљудување на зрак на рендгенско зрачење со континуиран спектар под одреден агол на пасење, максималната дифракција ќе се појави за бранови должини што ја задоволуваат состојбата на Вулф-Брег.
P. Debye и P. Scherrer предложија метод за структурна анализа на Х-зраци врз основа на дифракција на монохроматски рендгенски зраци во поликристални тела (обично компресирани прашоци). Меѓу многуте кристалити секогаш ќе има оние за кои /, θ и k се исти, а овие вредности одговараат на формулата Вулф-Брег. Расипани Реј 2 (максимум) ќе биде агол 2 θ со па-
давање рентген Л (Сл. 24.20, а). Бидејќи состојбата (24.42) е иста за многу кристали, различно ориентирани, дифрактирани рендгенски зраци формираат конус во просторот, чие теме лежи во предметот што се проучува, а аголот на отворање е 4θ (сл. 24.20, б). Друг сет на количини л, θ и k, задоволувачки услов (24.42), ќе одговараат на други
гој конус. На фотографскиот филм, рендгенските зраци формираат радиографија (Debyegram) во форма на кругови (сл. 24.21) или лакови.
Дифракција на рендгенските зраци се забележува и кога тие се расфрлани од аморфни цврсти материи, течности и гасови. Во овој случај, сликата на Х-зраци резултира со широки и заматени прстени.
Во моментов, широко се користи рендгенската дифракциона анализа на биолошките молекули и системи: на Сл. Слика 24.22 ги прикажува моделите на дифракција на Х-зраци на протеините. Користејќи го овој метод, Џ. Вотсон и Ф. Крик ја воспоставија структурата на ДНК и беа наградени со Нобеловата награда (1962). Употребата на дифракција на Х-зраци од кристали за проучување на нивниот спектрален состав припаѓа на полето на спектроскопијата на Х-зраци.
24.8. КОНЦЕПТОТ НА ХОЛОГРАФИЈА И НЕГОВАТА МОЖНА ПРИМЕНА ВО МЕДИЦИНАТА
Холографија 1- метод за снимање и реконструкција на слики врз основа на бранови пречки и дифракција.
Идејата за холографија првпат беше изразена од Д. Габор во 1948 година, но нејзината практична употреба стана возможна по појавата на ласерите.
1 Холографија (Грен.) - метод на целосно снимање.
Соодветно е да се започне со презентација на холографијата со споредба со фотографијата. Кога фотографирате, интензитетот на светлосните бранови рефлектирани од објектот се снима на филм. Сликата во овој случај е збирка темни и светли точки. Фазите на расфрланите бранови не се снимаат, а со тоа се губи значителен дел од информациите за објектот.
Холографијата ви овозможува да снимате и репродуцирате поцелосни информации за објектот, земајќи ги предвид амплитудите и фазите на брановите расфрлани од објектот. Регистрацијата на фаза е можна поради пречки на бранови. За таа цел, два кохерентни бранови се испраќаат до површината за фиксирање на светлина: референтен бран, кој доаѓа директно од извор на светлина или огледала што се користат како помошни уреди, и сигнален бран, кој се појавува кога дел од референтниот бран е расеан. (рефлектирано) од објект и содржи релевантни информации за него.
Моделот на пречки формиран со додавање на сигналот и референтните бранови и снимен на плоча чувствителна на светлина се нарекува холограм.За да се врати сликата, холограмот е осветлен со истиот референтен бран.
Да покажеме со неколку примери како се добива холограм и се обновува сликата.
Холограм на рамнински бранови
Во овој случај, на холограмот е снимен рамнински сигнален бран /, склопен под агол α 1 на фотографската плоча. ѓ(Сл. 24.23).
Референтниот бран II паѓа нормално, така што неговата фаза е иста во сите точки на фотографската плоча истовремено. Фазите на сигналниот бран поради неговата коси инциденца се различни во различни точки на фотосензитивниот слој. Од ова произлегува дека фазната разлика помеѓу зраците на референтните и сигналните бранови зависи од местото на средба на овие зраци на фотографската плоча и, според условите на пречки, максимум и минимум, добиениот холограм ќе се состои од темно и светло пруги.
Нека аф(Сл. 24.23, б) одговара на растојанието помеѓу центрите на најблиските темни или светли интерферентни рабови. Тоа значи дека фазите на точките АИ Вво сигналниот бран се разликуваат за 2π. Имајќи изградено нормална акна неговите зраци (бранова фронт), лесно се гледа дека фазите на точките АИ Сосе исти. Точка фазна разлика ВИ Сосо 2π значи дека \ВС\ = λ. Од правоаголна aavsние имаме
Така, во овој пример, холограмот е сличен на решетка за дифракција, бидејќи областите на засилени (максимални) и ослабени (минимални) вибрации се снимаат на фотосензитивната површина, растојанието афмеѓу кои се определува со формулата (24.43).
Бидејќи сигналниот бран се формира кога дел од референтниот бран се рефлектира од објект, јасно е дека во во овој случајпредметот е рамно огледало или призма, т.е. такви уреди кои претвораат рамен референтен бран во рамен сигнален бран (техничките детали не се прикажани на сл. 24.23а).
Со испраќање на референтен бран до холограмот јас(Сл. 24.24), ајде да извршиме дифракција (види 24.6). Според (24.29), првите главни максими (k = 1) одговараат на насоките
Од (24.46) е јасно дека насоката на бранот јас"(Сл. 24.24), дифракција под агол a 1, одговара на сигналниот сигнал: вака се обновува бранот што се рефлектира (расфрла) од некој објект. Бран јас""а брановите од преостанатите главни максими (не прикажани на сликата) исто така ги репродуцираат информациите снимени во холограмот.
Холограм на точка
Еден дел од референтниот бран II удира во точкаст објект А(Сл. 24.25, а) и се распрснува од него во форма на сферичен сигнален бран јас,другиот дел рамно огледало Зе насочена кон фотографската плоча F, каде што овие бранови пречат. Изворот на зрачење е ласер Л.На сл. 24.25, b шематски го прикажува добиениот холограм.
Иако во во овој примерсигналниот бран е сферичен, можеме да ја примениме формулата (24.45) со одредено приближување и да забележиме дека како што се зголемува аголот α 1 (види Сл. 24.23, а) растојанието се намалува АБпомеѓу соседните ленти. Долните лакови во холограмот (слика 24.25, б) се наоѓаат поблиску.
Ако отсечете тесна лента од холограмот, прикажана со точките линии на сл. 24.25, б, тогаш ќе биде слично на тесна дифракциона решетка, чија константа се намалува во насока на оската X.На таква решетка, отстапувањето на секундарните бранови што одговараат на првиот главен максимум се зголемува како што се зголемува координатата Xпукнатини [види (24.41)]: Состанува помал | сина| - повеќе.
Така, при реконструкција на слика со помош на рамнински референтен бран, дифрактираните бранови повеќе нема да бидат рамни. На сл. 24.26 го покажува бранот јас",формирање виртуелна слика А"точката А и бранот што ја создава вистинската слика А."
Бидејќи брановите расфрлани од објектот пристигнуваат заедно со референтниот бран во сите точки на холограмот, сите негови делови содржат информации за објектот и не е неопходно да се користи целиот холограм за да се врати сликата. Треба да се напомене, сепак,
дека реконструираната слика е полоша, за ова се користи помалиот дел од холограмот. Од Сл. 24.26 може да се види дека виртуелните и реалните слики се формираат и ако се изврши реконструкција, на пример, од долната половина на холограмот (испрекинати линии), но сликата е формирана од помал број зраци.
Секој објект е збир на точки, така што образложението дадено за една точка може да се генерализира на холографијата на кој било објект. Холографските слики се тридимензионални и визуелна перцепцијане се разликува од перцепцијата на соодветните предмети 1: јасното гледање на различни точки на сликата се врши преку адаптација на окото (види 26.4); Кога се менува гледната точка, перспективата се менува; некои детали од сликата може да ги прикријат другите.
Кога обновувате слика, можете да ја промените должината на референтниот бран. На пример, холограмот формиран од невидливи електромагнетни бранови (ултравиолетови, инфрацрвени и х-зраци) може да се реконструира видлива светлина. Бидејќи условите за рефлексија и апсорпција на електромагнетни бранови од телата зависат, особено, од брановата должина, оваа карактеристика на холографијата овозможува да се користи како метод интравизија, или интроскопија 2.
Особено интересни и важни изгледи се отвораат во врска со ултразвучната холографија. Имајќи добиено холограм во ултразвучни механички бранови, може да се обнови со видлива светлина. Во иднина, ултразвучната холографија може да се користи во медицината за да се испитаат човечките внатрешни органи за дијагностички цели, да се одреди полот на интраутериното дете итн. Со оглед на поголемата информациска содржина на овој метод и значително помалата штета на ултразвукот во споредба со рендгенското зрачење, може да се очекува
1 Одредена разлика се должи на монохроматската слика, која е неизбежна при снимање и обновување на монохроматски бран.
2 Вовед (лат.)- внатре и skopeo (лат.)- Гледам. Визуелно набљудување на објекти, појави и процеси во оптичко непроѕирни телаи средини, како и во услови на слаба видливост.
сугерираат дека во иднина, ултразвучната холографска интроскопија ќе ја замени традиционалната рендгенска дијагностика.
Друга биомедицинска примена на холографијата вклучува холографски микроскоп. Неговиот уред се заснова на фактот дека сликата на објектот се зголемува ако холограмот снимен со рамномерен референтен бран е осветлен со различен сферичен бран.
Придонесе за развојот на холографијата Советски физичар, Лауреат на Лениновата награда Ју.Н. Денисјук, кој го разви методот на холографија во боја.
Гледајќи во сјајна холографска слика, повеќето од нас веројатно нема да се сеќаваат физички термини "дифракција"И „мешање на светлосни бранови“.
Но, благодарение на проучувањето на овие концепти стана возможна можноста да се создадат холограми.
Што е дифракција на светлината?
збор "дифракција"изведен од латински "дифрактус", што буквално значи „бранови кои се наведнуваат околу пречките“ . Како што е познато, тој има бранова природа, а неговите зраци ги почитуваат брановите закони. Во физиката, дифракција е името дадено на оптичките феномени кои се јавуваат кога светлосните бранови се шират во оптички нехомогена средина со непроѕирни подмножества.
Брановата природа на светлината го одредува нејзиното однесување кога се движи околу пречките. Ако пречката е многу пати поголема од брановата должина на светлината, светлината не се наведнува околу неа, формирајќи зона на сенка. Но, во случаи кога големината на пречките е пропорционална со брановата должина, се јавува феноменот на дифракција. Во принцип, секое отстапување од геометриските оптички закони може да се припише на дифракција.
Пречки во бранови
Ако поставиме непроѕирен екран пред изворот на светлина и направиме дупка во него, тогаш зраците на светлината што продираат низ оваа точка на следниот екран, лоциран паралелно со првиот, ќе се појават во форма на концентрични прстени со наизменична светлина. и темни кругови. Овој феномен во физиката се нарекува Френелова дифракција, именуван по научникот кој прв го открил и опишал.
Со менување на обликот на дупката и правење на пресече, добиваме поинаква слика на вториот екран. Светлосни зрациќе биде наредено во низа светли и темни ленти, како на баркод од продавница. Дифракцијата на светлината со дупка во форма на шлиц првпат беше опишана од германски физичарФраунхофер, по кого се уште се нарекува. 
Научниците можеа да го објаснат распаѓањето на светлосниот бран на светли и темни области користејќи го концептот на пречки. Неколку извори на бранови осцилации, ако нивните фреквенции на осцилации се кохерентни (исти или множители една од друга), можат да го засилат зрачењето на едни со други, но исто така може да го ослабат, во зависност од совпаѓањето на фазите на осцилација. Кога се движите околу пречките и се појавуваат секундарни бранови, нивното мешање доаѓа во игра. Во областите каде што фазите на брановите се совпаѓаат, се забележува зголемено осветлување (светли светлосни ленти или кругови), а каде што не се совпаѓаат, осветлувањето се намалува (темни области).
Дифракциона решетка
Ако земеме проѕирна плоча и на неа нанесеме низа паралелни непроѕирни линии на исто растојание една од друга, тогаш добиваме дифракциона решетка. Кога низ него ќе се помине рамен светлосен фронт, се јавува дифракција на непроѕирните линии. Секундарните бранови, меѓусебно атенуирани и засилени, формираат минимум и максимум на дифракција, кои лесно може да се детектираат на екран поставен зад решетка.
Во овој случај, не се случува само отклонување на светлосните зраци, туку и распаѓање на белата светлина во спектрални компоненти на боја. Во природата, боењето на крилјата на пеперутката, птичјиот пердув и лушпите на змијата неопходни за камуфлажа често се формираат преку употреба на оптички феномени на дифракција и пречки, а не поради пигменти.
Холограми
Принципот на холограмот бил измислен во 1947 година од физичарот Д. Габор, кој подоцна добил Нобелова награда. Тридимензионални, т.е. Тридимензионална слика на објект може да се сними, сними, а потоа да се репродуцира со помош на ласерски зраци. Еден од светлосните бранови се нарекува референтен бран и се емитува од изворот, а вториот е објектен бран и се рефлектира од снимениот објект.
На фотографска плоча или друг материјал наменет за снимање се евидентира комбинација од светли и темни ленти и дамки кои ја рефлектираат интерференцијата на електромагнетните бранови во оваа зона на просторот. Ако светлината со бранова должина што одговара на карактеристиките на референтниот бран е насочена кон фотографска плоча, таа се претвора во светлосен бран со карактеристики блиски до објектниот бран. Така, во светлосниот флукс се добива тродимензионална слика на фиксен објект. 
Денес, сè уште холограмите можат да се снимаат и репродуцираат дури и дома. За да го направите ова, потребен ви е ласерски зрак, фотографска плоча и рамка која сигурно ги држи овие уреди неподвижни, како и предметот за снимање. За домашен холограм, зракот на ласерски покажувач со отстранета леќа за фокусирање е совршен.