የሞገድ ልዩነት። Huygens-Fresnel መርህ. የ Wave Diffraction ምሳሌዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

የሞገድ ልዩነት ክስተት የብርሃን ሞገድ ተፈጥሮን ከሚያንፀባርቁ ተፅዕኖዎች አንዱ ነው። በ 19 ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ የተገኘው ለብርሃን ሞገዶች ነው. በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ ይህ ክስተት ምን እንደሆነ፣ በሂሳብ እንዴት እንደሚገለጽ እና የት እንደሚተገበር እንመለከታለን።

የሞገድ ልዩነት ክስተት

እንደምታውቁት ማንኛውም ሞገድ፣ ቀላል፣ ድምጽ ወይም ሁከት በውሃ ላይ፣ ተመሳሳይ በሆነ መካከለኛ መንገድ ላይ ይሰራጫል።

እስቲ ጠፍጣፋ መሬት ያለው እና ወደ አንድ አቅጣጫ የሚንቀሳቀስ ሞገድ ፊት እናስብ። በዚህ ግንባር ላይ እንቅፋት ቢፈጠር ምን ይሆናል? ማንኛውም ነገር እንደ እንቅፋት ሆኖ ሊያገለግል ይችላል (ድንጋይ, ሕንፃ, ጠባብ ክፍተት, ወዘተ). መሰናክሉን ካለፉ በኋላ የማዕበል ፊት ጠፍጣፋ አይሆንም ፣ ግን የበለጠ የተወሳሰበ ቅርፅ ይኖረዋል ። ስለዚህ፣ በትንሽ ክብ ቀዳዳ፣ ሞገድ ፊት፣ በእሱ ውስጥ እያለፈ፣ ክብ ይሆናል።

የማዕበል ስርጭት አቅጣጫን የመቀየር ክስተት፣በመንገዱ ላይ እንቅፋት ሲያጋጥመው ዲፍራክሽን (ዲፍራክተስ ከላቲን ማለት ነው) ይባላል።"የተሰበረ")።

የዚህ ክስተት ውጤት ማዕበሉ ከእንቅፋቱ በስተጀርባ ባለው ጠፈር ውስጥ ዘልቆ መግባቱ ነው፣ይህም በሪክቲሊናዊ እንቅስቃሴው በጭራሽ አይመታም።

በባህር ዳርቻ ላይ የሞገድ ልዩነት ምሳሌ ከታች ባለው ምስል ይታያል።

Diffraction ምልከታ ሁኔታዎች

ከላይ የተገለጸው የማዕበል መሰበር እንቅፋት በሚያልፉበት ጊዜ በሁለት ምክንያቶች ይወሰናል፡

የሞገድ ርዝመት፤
የእንቅፋት ጂኦሜትሪክ መለኪያዎች።

የሞገድ ልዩነት በምን ሁኔታ ላይ ነው የሚታየው? ለዚህ ጥያቄ መልስ የተሻለ ግንዛቤ ለማግኘት, ከግምት ውስጥ ያለው ክስተት ሁልጊዜ የሚከሰተው ማዕበል እንቅፋት ሲያጋጥመው ነው, ነገር ግን የሚታይ የሚሆነው የሞገድ ርዝመቱ የእንቅፋቱ የጂኦሜትሪክ መለኪያዎች ቅደም ተከተል ሲሆን ብቻ ነው. የብርሃን እና የድምፅ ሞገድ ርዝመቶች በዙሪያችን ካሉት ነገሮች መጠን ጋር ሲነፃፀሩ ትንሽ በመሆናቸው፣ ልዩነቱ ራሱ በአንዳንድ ልዩ ሁኔታዎች ላይ ብቻ ይታያል።

ለምንድነው የማዕበል ልዩነት የሚከሰተው? የHuygens-Fresnel መርህን ከተመለከትን ይህንን መረዳት ይቻላል።

Huygens መርህ

በ17ኛው ክፍለ ዘመን አጋማሽ ላይ የኔዘርላንዱ የፊዚክስ ሊቅ ክርስቲያን ሁይገንስ የብርሃን ሞገዶችን ስርጭት በተመለከተ አዲስ ንድፈ ሃሳብ አቅርቧል። እሱ ያምን ነበር, ልክ እንደ ድምጽ, ብርሃን በልዩ መካከለኛ - ኤተር ውስጥ ይንቀሳቀሳል. የብርሃን ሞገድ የኤተር ቅንጣቶች ንዝረት ነው።

በነጥብ ብርሃን ምንጭ የተፈጠረውን የማዕበል ሉላዊ የፊት ገጽታ ከግምት ውስጥ በማስገባት ሁይገንስ የሚከተለውን መደምደሚያ ላይ ደርሰዋል፡ በእንቅስቃሴ ሂደት ውስጥ ግንባሩ በተከታታይ የቦታ ነጥቦች ውስጥ ያልፋልስርጭት. እሳቸውም እንደደረሱ ያቅማመዋል። የመወዛወዝ ነጥቦቹ በተራው, አዲስ ትውልድ ሞገዶችን ያመነጫሉ, Huygens ሁለተኛ ደረጃ ብለው ይጠሩታል. ከእያንዳንዱ ነጥብ የሁለተኛው ሞገድ ክብ ነው, ነገር ግን የአዲሱን የፊት ገጽ ገጽታ ብቻውን አይወስንም. የኋለኛው የሁሉም የሉል ሁለተኛ ደረጃ ሞገዶች ልዕለ አቀማመጥ ውጤት ነው።

ከላይ የተገለጸው ውጤት የHuygens መርህ ይባላል። እሱ የሞገዶችን ልዩነት አላብራራም (ሳይንቲስቱ ሲቀርጸው ስለ ብርሃን ልዩነት ገና አላወቁም ነበር) ነገር ግን እንዲህ ያሉትን ተፅዕኖዎች እንደ ብርሃን ነጸብራቅ እና የብርሃን ነጸብራቅ በተሳካ ሁኔታ ገልጿል።

የኒውተን ኮርፐስኩላር ኦፍ ብርሃን ቲዎሪ በ17ኛው ክፍለ ዘመን ድል እንዳደረገ፣የሁይገንስ ስራ ለ150 አመታት ተረሳ።

ቶማስ ጁንግ፣ አውጉስቲን ፍሬስኔል እና የHuygens መርህ መነቃቃት

የብርሃን ልዩነት እና ጣልቃገብነት ክስተት በ1801 በቶማስ ያንግ ተገኝቷል። ሞኖክሮማቲክ ብርሃን የፊት ለፊት ባለፈባቸው ሁለት ክፍተቶች ሙከራዎችን ሲያደርግ ሳይንቲስቱ በስክሪኑ ላይ ጨለማ እና ቀላል ግርፋት እየተፈራረቁ የሚያሳይ ምስል አግኝቷል። ጁንግ የብርሃን ሞገድ ተፈጥሮን በመጥቀስ የሙከራውን ውጤት ሙሉ በሙሉ አብራርቶ የማክስዌልን ቲዎሬቲካል ስሌት አረጋግጧል።

የኒውተን ኮርፐስኩላር ኦፍ ብርሃን ቲዎሪ በያንግ ሙከራዎች ውድቅ እንደተደረገ ፈረንሳዊው ሳይንቲስት አውጉስቲን ፍሬስኔል የሂዩገንን ስራ በማስታወስ የራሱን መርህ ተጠቅሞ የዲፍራክሽን ክስተትን ለማስረዳት ተጠቅሞበታል።

ፍሬስኔል በቀጥተኛ መስመር የሚሰራጭ ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገድ እንቅፋት ካጋጠመው የኃይሉ ክፍል ይጠፋል ብሎ ያምናል።ቀሪው ሁለተኛ ደረጃ ሞገዶችን በመፍጠር ላይ ይውላል. የኋለኛው ወደ አዲስ ማዕበል ግንባር ይመራል፣ የስርጭቱ አቅጣጫ ከመጀመሪያው የተለየ ነው።

ሁለተኛ ደረጃ ሞገዶችን በሚፈጥሩበት ጊዜ ኤተርን ከግምት ውስጥ ያላስገባ የተገለጸው ውጤት የHuygens-Fresnel መርህ ይባላል። እሱ በተሳካ ሁኔታ የሞገዶችን ልዩነት ይገልፃል. ከዚህም በላይ ይህ መርህ በአሁኑ ጊዜ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች በሚሰራጭበት ጊዜ የሚደርሰውን የኃይል ኪሳራ ለመወሰን ጥቅም ላይ ይውላል, በመንገድ ላይ እንቅፋት ያጋጥመዋል.

ጠባብ ስንጥቅ ልዩነት

የዲፍራክሽን ቅጦችን የመገንባት ንድፈ ሀሳብ ከሂሳብ እይታ አንፃር በጣም የተወሳሰበ ነው፣ ምክንያቱም የማክስዌል እኩልታዎችን ለኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች መፍትሄን ያካትታል። ቢሆንም፣ የHuygens-Fresnel መርህ እና ሌሎች በርካታ ግምቶች፣ ለተግባራዊ አተገባበራቸው ተስማሚ የሆኑ የሂሳብ ቀመሮችን ለማግኘት አስችለዋል።

በአውሮፕላኑ ማዕበል ፊት ትይዩ በሚወድቅበት በቀጭን ስንጥቅ ላይ ያለውን ልዩነት ካሰብን ፣ከክንጣው ርቆ በሚገኝ ስክሪን ላይ ብሩህ እና ጥቁር ነጠብጣቦች ይታያሉ። በዚህ ጉዳይ ላይ ያለው የዲፍራክሽን ጥለት አነስተኛው በሚከተለው ቀመር ተገልጿል፡

y_m=mλL/a፣በመ=±1፣ 2፣ 3፣ …

እዚህ y_m ከተሰነጠቀ ትንበያ ወደ ስክሪኑ ያለው ርቀት እስከ ትንሹ ትዕዛዝ m፣ λ የብርሃን የሞገድ ርዝመት ነው፣ L የስክሪኑ ርቀት ነው፣ a የተሰነጠቀው ስፋት ነው።

የተሰነጠቀው ስፋቱ ከቀነሰ እና ማዕከላዊው ከፍተኛው የበለጠ ደብዛዛ እንደሚሆን ከሚገልጸው አገላለጽ ይከተላል።የብርሃን የሞገድ ርዝመት ይጨምሩ. ከታች ያለው ምስል ተዛማጁ የዲፍራክሽን ጥለት ምን እንደሚመስል ያሳያል።

Diffraction grating

ከላይ ያለው ምሳሌ የቦታዎች ስብስብ በአንድ ሳህን ላይ ከተተገበረ ዳይፍራክሽን ግሬቲንግ የሚባለው ይሆናል። የ Huygens-Fresnel መርህን በመጠቀም ብርሃን በፍርግርግ ውስጥ ሲያልፍ ለሚገኘው ከፍተኛ (ብሩህ ባንዶች) ቀመር ማግኘት ይችላል። ቀመሩ ይህን ይመስላል፡

ኃጢአት(θ)=mλ/d፣ የት m=0፣ ±1፣ 2፣ 3፣ …

እዚህ፣ መለኪያው መ በፍርግርጉ ላይ ባሉ ቅርብ ቦታዎች መካከል ያለው ርቀት ነው። ይህ ርቀት ባነሰ መጠን በደማቅ ባንዶች መካከል ያለው ርቀት በዲፍራክሽን ጥለት የበለጠ ይሆናል።

የማዕዘን θ ለ m-th ትዕዛዝ ከፍተኛው በ λ የሞገድ ርዝመት ላይ የሚመረኮዝ ስለሆነ ነጭ ብርሃን በዲፍራክሽን ፍርግርግ ውስጥ ሲያልፍ ባለብዙ ቀለም ግርዶሾች በስክሪኑ ላይ ይታያሉ። ይህ ተፅእኖ በተወሰነ ምንጭ እንደ ከዋክብት እና ጋላክሲዎች ያሉ የብርሃን ልቀትን ወይም የመሳብ ባህሪያትን ለመተንተን የሚችሉ ስፔክትሮስኮፖችን ለማምረት ያገለግላል።

የDiffraction አስፈላጊነት በኦፕቲካል መሳሪያዎች ውስጥ

እንደ ቴሌስኮፕ ወይም ማይክሮስኮፕ ካሉ መሳሪያዎች ዋና ዋና ባህሪያቸው አንዱ መፍታት ነው። በግለሰብ ነገሮች አሁንም ተለይተው የሚታወቁበት ሲታዩ እንደ ትንሹ አንግል ተረድቷል. ይህ አንግል የሚከተለው ቀመር በመጠቀም እንደ ሬይሊግ መስፈርት መሰረት ከሞገድ ልዩነት ትንተና ይወሰናል፡