หลักการของฮอยเกนส์ กฎแห่งการสะท้อนของแสง

วัตถุประสงค์ของบทเรียน

เพื่อให้นักเรียนคุ้นเคยกับคุณลักษณะของการแพร่กระจายของแสงที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสื่อทั้งสอง ให้ข้อมูลเกี่ยวกับกฎที่อยู่ภายใต้ปรากฏการณ์นี้ และให้คำอธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้จากมุมมองของทฤษฎีคลื่นแสง

เลขที่ ขั้นตอนบทเรียน เวลา, นาที เทคนิคและวิธีการ 1 ช่วงเวลาขององค์กร 2 2 การทดสอบความรู้ 10 ทำงานกับคอมพิวเตอร์พร้อมแบบทดสอบ การทดสอบครั้งที่ 1 3 คำอธิบายเนื้อหาใหม่ในหัวข้อ “การสะท้อนของแสง” 15 บรรยาย 4 เสริมสร้างเนื้อหาที่เรียนรู้ 15 ทำงานกับคอมพิวเตอร์ด้วยแผ่นงาน แบบจำลอง “การสะท้อนและการหักเหของแสง” 5 สรุป. 2 การสนทนาด้านหน้า 6 อธิบายการบ้าน 1

การบ้าน: § 60 งานที่ 1,023 (R. Drofa, M., 2001)

การทดสอบความรู้

ทดสอบ. การพัฒนาทัศนะเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง ความเร็วแสง

วัสดุใหม่

หลักการของฮอยเกนส์

ทฤษฎีคลื่นแตกต่างจากร่างกายตรงที่ถือว่าแสงเป็นคลื่น เช่นเดียวกับคลื่นกล ทฤษฎีคลื่นมีพื้นฐานอยู่บนหลักการของฮอยเกนส์ โดยแต่ละจุดที่คลื่นไปถึงจะกลายเป็นศูนย์กลางของการแผ่รังสีของคลื่นทุติยภูมิ และเปลือกของคลื่นเหล่านี้จะกำหนดตำแหน่งของหน้าคลื่นในช่วงเวลาถัดไป โดยใช้หลักการของไฮเกนส์ อธิบายกฎการสะท้อนและการหักเหของแสง

สาธิต. สาธิตการศึกษาโดยใช้อ่างคลื่น คลื่นทรงกลมเมื่อคลื่นเครื่องบินผ่านรู

กฎแห่งการสะท้อนการใช้หลักการของฮอยเกนส์สามารถได้รับกฎที่คลื่นปฏิบัติตามเมื่อสะท้อนจากส่วนต่อประสานระหว่างสื่อ

ลองพิจารณาการสะท้อนของคลื่นระนาบ คลื่นจะเรียกว่าระนาบหากพื้นผิวมีเฟสเท่ากัน ( พื้นผิวคลื่น) คือเครื่องบิน ในภาพ: MN คือพื้นผิวสะท้อนแสง เส้นตรง A 1 A และ B 1 B เป็นรังสีสองเส้นของคลื่นระนาบตกกระทบ (ซึ่งขนานกัน) ระนาบ AC คือพื้นผิวคลื่นของคลื่นนี้

มุม α ระหว่างรังสีตกกระทบและตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อน ณ จุดตกกระทบ เรียกว่ามุมตกกระทบ

พื้นผิวคลื่นของคลื่นสะท้อนสามารถรับได้โดยการวาดเปลือกของคลื่นทุติยภูมิ ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่ส่วนต่อระหว่างตัวกลาง ส่วนต่างๆ ของพื้นผิวคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับไปถึงขอบเขตการสะท้อนโดยไม่พร้อมกัน การกระตุ้นการแกว่งที่จุด A จะเริ่มเร็วกว่าที่จุด B เป็นระยะเวลา Δt = CB / v (v คือความเร็วคลื่น)

ในขณะที่คลื่นไปถึงจุด B และการกระตุ้นของการสั่นเริ่มต้นที่จุดนี้ คลื่นรองที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุด A จะเป็นซีกโลกที่มีรัศมี r = AD = v Δt = CB อยู่แล้ว รัศมีของคลื่นทุติยภูมิจากแหล่งกำเนิดที่ตั้งอยู่ระหว่างจุด A และ B เปลี่ยนแปลงดังแสดงในรูป เปลือกของคลื่นทุติยภูมิคือระนาบ DB ซึ่งสัมผัสกับพื้นผิวทรงกลม มันแสดงถึงพื้นผิวคลื่นของคลื่นสะท้อน รังสีสะท้อน AA 2 และ BB 2 ตั้งฉากกับ DB ของพื้นผิวคลื่น มุม γ ระหว่างตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อนแสงกับรังสีสะท้อน เรียกว่ามุมสะท้อน

เนื่องจาก AD = CB และสามเหลี่ยม ADB และ ACB เป็นมุมฉาก ดังนั้น DBA = CAB แต่ α = CAB และ γ = DBA ก็เหมือนกับมุมที่มีด้านตั้งฉาก เพราะฉะนั้น, มุมสะท้อน เท่ากับมุมน้ำตก: α = γ .

นอกจากนี้จากการก่อสร้างของ Huygens รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นตั้งฉากที่จุดตกกระทบอยู่ในระนาบเดียวกัน- ข้อความทั้งสองนี้เป็นตัวแทน กฎแห่งการสะท้อนแสง.

หากคุณกลับทิศทางการแพร่กระจายของรังสีแสง รังสีที่สะท้อนจะตกกระทบ และรังสีตกกระทบจะสะท้อนกลับ การย้อนกลับของเส้นทางของรังสีแสงเป็นคุณสมบัติที่สำคัญ

เสริมสร้างเนื้อหาที่เรียนรู้

ทำงานกับคอมพิวเตอร์ด้วยแผ่นงาน แบบจำลอง “การสะท้อนและการหักเหของแสง”

ใบงานสำหรับบทเรียน

ตัวอย่างคำตอบ
“แสงสะท้อน”

ชื่อเต็ม _________________________________________________________________

1.	ปรากฏการณ์การสะท้อนแสงเกิดขึ้นเมื่อใด? คำตอบ: เมื่อลำแสงตกลงบนส่วนต่อประสานระหว่างสื่อสองชนิดที่มีการมองเห็นต่างกัน.
2.	รังสีสะท้อนตรงกับรังสีตกกระทบในกรณีใด คำตอบ: เมื่อลำแสงตกกระทบในแนวตั้งฉากกับส่วนต่อประสาน.
3.	มุมตกกระทบคืออะไร? มุมสะท้อนคืออะไร?
4.	กำหนดทิศทางลำแสงตกกระทบที่ส่วนต่อระหว่างสื่อทั้งสองเพื่อให้มุมตกกระทบเป็น 30° มุมสะท้อนคืออะไร? คำตอบ: 30°
5.	เพิ่มมุมตกกระทบ 10° มุมตกกระทบคืออะไร? คำตอบ: 40° มุมสะท้อนคืออะไร? คำตอบ: 40°
6.	วาดข้อสรุป คำตอบ: มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน
7.	วางตำแหน่งไฟส่องสว่างไว้ที่ 60° มุมระหว่างเหตุการณ์กับรังสีสะท้อนคืออะไร? คำตอบ: 120°
8.	ลดมุมตกกระทบลง 30° เกิดอะไรขึ้นกับมุมระหว่างเหตุการณ์กับรังสีสะท้อน? คำตอบ: ลดลง 60°

อภิปรายคำตอบสำหรับคำถามที่ 7, 8, 9 ให้ความสนใจกับข้อเท็จจริงที่ว่ารังสีที่สะท้อนและตั้งฉากกลับคืนสู่จุดเกิดเหตุนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน ทำซ้ำกฎการสะท้อนแสง

ใน เวอร์ชันเต็ม: แสดงการกลับตัวของรังสีแสง แก้ปัญหาเพื่อกำหนดมุมตกกระทบ การสะท้อน และตำแหน่งของกระจก

จนถึงตอนนี้เราได้ทำ เลนส์เรขาคณิตและศึกษาการแพร่กระจายของรังสีแสง ในเวลาเดียวกัน เราถือว่าแนวคิดของรังสีมีความชัดเจนโดยสัญชาตญาณและไม่ได้ให้คำจำกัดความ กฎพื้นฐานของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตถูกกำหนดโดยเราเพื่อเป็นสมมุติฐาน
ตอนนี้เราจะลงมือทำธุรกิจ เลนส์คลื่นซึ่งแสงจะถือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ภายในกรอบการทำงานของทัศนศาสตร์คลื่น แนวคิดเรื่องรังสีสามารถกำหนดได้อย่างเคร่งครัดอยู่แล้ว สมมุติฐานพื้นฐานของทฤษฎีคลื่นคือหลักการของฮอยเกนส์ กฎแห่งทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตกลายเป็นผลที่ตามมา

พื้นผิวคลื่นและรังสี

ลองนึกภาพหลอดไฟดวงเล็กๆ ที่ทำให้เกิดแสงวาบบ่อยๆ เป็นระยะๆ แสงแฟลชแต่ละดวงจะสร้างคลื่นแสงที่แยกออกจากกันในรูปของทรงกลมที่กำลังขยายตัว (ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่หลอดไฟ) ขอให้เราหยุดเวลาและดูในอวกาศทรงกลมแสงที่หยุดนิ่งซึ่งเกิดจากการกะพริบในช่วงเวลาต่างๆ ก่อนหน้านี้

ทรงกลมเหล่านี้เรียกว่าพื้นผิวคลื่น โปรดสังเกตว่ารังสีที่มาจากหลอดไฟตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่น

เพื่อให้คำจำกัดความที่ชัดเจนของพื้นผิวคลื่น ก่อนอื่นมาจำกันก่อนว่าระยะการสั่นคืออะไร ปล่อยให้ปริมาณทำ การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกในกฎหมาย:

ดังนั้น, เฟสคือปริมาณที่เป็นอาร์กิวเมนต์ของโคไซน์ ดังที่เราเห็นระยะนี้เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามเวลา ค่าเฟสที่เท่ากันและเรียกว่า
ระยะเริ่มแรก

ให้เราจำไว้ด้วยว่าคลื่นแสดงถึงการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนในอวกาศ ในกรณีของคลื่นกล สิ่งเหล่านี้จะเป็นการสั่นสะเทือนของอนุภาค สื่อยืดหยุ่นในกรณี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- ความผันผวนของเวกเตอร์ความตึงเครียด สนามไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก

ไม่ว่าจะพิจารณาคลื่นใด เราสามารถพูดได้ว่าในแต่ละจุดในอวกาศที่จับโดยกระบวนการของคลื่น การแกว่งจะเกิดขึ้นบางขนาด ปริมาณดังกล่าวคือชุดพิกัดของอนุภาคที่สั่นไหวในกรณีนี้ คลื่นกลหรือชุดพิกัดของเวกเตอร์ที่อธิบายทางไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ขั้นตอนการสั่นเป็นสอง จุดต่างๆช่องว่างโดยทั่วไปมี ความหมายที่แตกต่างกัน- สิ่งที่น่าสนใจคือเซตของจุดที่เฟสเท่ากัน ปรากฎว่าเซตของจุดที่เฟสของการแกว่งเข้ามา ในขณะนี้เวลามีค่าคงที่และสร้างพื้นผิวสองมิติในอวกาศ

คำนิยาม. พื้นผิวคลื่น - นี่คือเซตของจุดทั้งหมดในอวกาศซึ่งเฟสการแกว่ง ณ ช่วงเวลาหนึ่งมีค่าเท่ากัน

กล่าวโดยสรุป พื้นผิวคลื่นคือพื้นผิวที่มีเฟสคงที่ แต่ละค่าเฟสมีพื้นผิวคลื่นของตัวเอง ชุดของค่าเฟสที่แตกต่างกันจะสอดคล้องกับตระกูลของพื้นผิวคลื่น

เมื่อเวลาผ่านไป เฟสในแต่ละจุดจะเปลี่ยนไป และพื้นผิวคลื่นที่สอดคล้องกับค่าเฟสคงที่จะเคลื่อนที่ในอวกาศ ดังนั้นการแพร่กระจายของคลื่นจึงถือได้ว่าเป็นการเคลื่อนที่ของพื้นผิวคลื่น! ดังนั้นเราจึงมีภาพเรขาคณิตที่สะดวกสำหรับการอธิบายกระบวนการทางกายภาพของคลื่น

ตัวอย่างเช่น หากแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดตั้งอยู่ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันที่โปร่งใส พื้นผิวของคลื่นจะเป็นทรงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกันโดยมีจุดศูนย์กลางร่วมอยู่ที่แหล่งกำเนิด การแพร่กระจายของแสงจะปรากฏเป็นการขยายตัวของทรงกลมเหล่านี้ เราได้เห็นสิ่งนี้แล้วข้างต้นในสถานการณ์ที่มีหลอดไฟ

มีเพียงพื้นผิวคลื่นเดียวเท่านั้นที่สามารถผ่านแต่ละจุดในอวกาศได้ในเวลาที่กำหนด ที่จริงแล้ว ถ้าเราถือว่าพื้นผิวคลื่นสองอันผ่านจุดหนึ่ง ซึ่งสอดคล้องกัน ความหมายที่แตกต่างกันเฟส และ จากนั้นเราจะได้ความขัดแย้งทันที: เฟสของการแกว่งที่จุดหนึ่งจะเท่ากับตัวเลขทั้งสองที่ต่างกันพร้อมกัน

เนื่องจากพื้นผิวคลื่นเดี่ยวผ่านจุดหนึ่ง ทิศทางของตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่น ณ จุดที่กำหนดจึงถูกกำหนดโดยเฉพาะเช่นกัน

คำนิยาม. บีม - นี่คือเส้นในอวกาศซึ่งแต่ละจุดจะตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่นที่ผ่านจุดนี้

กล่าวอีกนัยหนึ่ง รังสีเป็นเส้นตั้งฉากทั่วไปกับตระกูลของพื้นผิวคลื่น ทิศทางของลำแสงคือทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น พลังงานคลื่นจะถูกถ่ายโอนจากจุดหนึ่งในอวกาศไปตามรังสี

ขณะที่คลื่นแพร่กระจาย ขอบเขตจะเคลื่อนที่ โดยแยกบริเวณพื้นที่ที่กระบวนการคลื่นจับไว้กับบริเวณที่ยังไม่ถูกรบกวน ขอบเขตนี้เรียกว่าหน้าคลื่น ดังนั้น, หน้าคลื่น คือเซตของจุดทุกจุดในอวกาศที่ไปถึง กระบวนการสั่นในช่วงเวลาที่กำหนด มีคลื่นหน้า กรณีพิเศษพื้นผิวคลื่น พูดง่ายๆ ก็คือนี่คือพื้นผิวคลื่น "แรกสุด"

ให้มากที่สุด ประเภทง่ายๆพื้นผิวทางเรขาคณิต ได้แก่ ทรงกลมและระนาบ ดังนั้นเราจึงมีสองกรณีที่สำคัญของกระบวนการคลื่นที่มีพื้นผิวคลื่นที่มีรูปร่างเช่นนี้ ได้แก่ คลื่นทรงกลมและคลื่นระนาบ

คลื่นทรงกลม

เรียกว่าเป็นคลื่น ทรงกลมหากพื้นผิวคลื่นเป็นทรงกลม (รูปที่ 1)

พื้นผิวคลื่นจะแสดงด้วยเส้นประสีน้ำเงิน และลูกศรรัศมีสีเขียวเป็นรังสีที่ตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่น

ให้เราพิจารณาตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันโปร่งใสซึ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพเหมือนกันทุกทิศทาง แหล่งกำเนิดแสงแบบจุดที่วางในตัวกลางดังกล่าวจะปล่อยคลื่นทรงกลมออกมา นี่เป็นที่เข้าใจได้ -
อย่างไรก็ตาม แสงจะเคลื่อนที่ไปทุกทิศทางด้วยความเร็วเท่ากัน ดังนั้นพื้นผิวคลื่นใดๆ จะเป็นทรงกลม

อย่างที่เราสังเกตเห็น ในกรณีนี้ รังสีของแสงกลายเป็นเส้นตรงธรรมดา รังสีเรขาคณิตเริ่มต้นที่แหล่งที่มา จำกฎหมาย การขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงสเวต้า: ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันโปร่งใส รังสีของแสงจะเป็นเส้นตรง- ในทัศนศาสตร์เรขาคณิต เรากำหนดมันเป็นสมมุติฐาน ตอนนี้เราเห็น (สำหรับกรณีของแหล่งกำเนิดจุด) ว่ากฎนี้เป็นไปตามแนวคิดของอย่างไร ธรรมชาติของคลื่นสเวต้า

ในหัวข้อ "คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" เราได้นำเสนอแนวคิดเรื่องความหนาแน่นฟลักซ์การแผ่รังสี:

นี่คือพลังงานที่ถูกถ่ายโอนเมื่อเวลาผ่านไปผ่านพื้นที่ผิวที่ตั้งฉากกับรังสี ดังนั้น ความหนาแน่นฟลักซ์การแผ่รังสีคือพลังงานที่ถูกถ่ายโอนโดยคลื่นไปตามรังสีผ่านหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา

ในกรณีของเรา พลังงานจะกระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของทรงกลม ซึ่งรัศมีจะเพิ่มขึ้นเมื่อคลื่นแพร่กระจาย พื้นที่ผิวของทรงกลมเท่ากับ: ดังนั้นสำหรับความหนาแน่นฟลักซ์การแผ่รังสีที่เราได้รับ:

อย่างที่เราเห็น ความหนาแน่นของฟลักซ์การแผ่รังสีในคลื่นทรงกลมนั้นแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิด

เนื่องจากพลังงานเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดการสั่นสะเทือน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเราก็ได้ข้อสรุปว่า แอมพลิจูดของการแกว่งในคลื่นทรงกลมนั้นแปรผกผันกับระยะห่างจากแหล่งกำเนิด.

คลื่นเครื่องบิน.

เรียกว่าเป็นคลื่น แบนหากพื้นผิวคลื่นเป็นระนาบ (รูปที่ 2)

แสดงเป็นเส้นประสีน้ำเงิน ระนาบขนานซึ่งเป็นพื้นผิวคลื่น รังสี - ลูกศรสีเขียว - กลายเป็นเส้นตรงอีกครั้ง

คลื่นระนาบเป็นหนึ่งในอุดมคติที่สำคัญที่สุดของทฤษฎีคลื่น ในทางคณิตศาสตร์มันอธิบายได้ง่ายที่สุด การทำให้เป็นอุดมคตินี้สามารถนำมาใช้ได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเราอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดเป็นระยะทางที่ไกลพอสมควร จากนั้นในบริเวณใกล้กับจุดสังเกต เราสามารถละเลยความโค้งของพื้นผิวคลื่นทรงกลมได้ และพิจารณาว่าคลื่นมีความแบนโดยประมาณ

ในอนาคต เราจะใช้คลื่นระนาบโดยอาศัยกฎการสะท้อนและการหักเหของแสงจากหลักการของไฮเกนส์ แต่ก่อนอื่น เรามาจัดการกับหลักการของ Huygens กันก่อน

หลักการของฮอยเกนส์

เราได้กล่าวไว้ข้างต้นว่าเป็นการสะดวกที่จะจินตนาการถึงการแพร่กระจายของคลื่นเป็นการเคลื่อนตัวของพื้นผิวคลื่น แต่ตามกฎเกณฑ์ใดที่พื้นผิวคลื่นเคลื่อนที่? กล่าวอีกนัยหนึ่ง การรู้ตำแหน่งของพื้นผิวคลื่นในช่วงเวลาที่กำหนด จะกำหนดตำแหน่งของคลื่นในช่วงเวลาถัดไปได้อย่างไร

คำตอบสำหรับคำถามนี้ให้ไว้ตามหลักการของฮอยเกนส์ ซึ่งเป็นหลักสมมุติฐานของทฤษฎีคลื่น หลักการของฮอยเกนส์ใช้ได้กับทั้งคลื่นกลและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างเท่าเทียมกัน

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดของ Huygens ได้ดีขึ้น เรามาดูตัวอย่างกัน มาโยนก้อนหินลงน้ำกันเถอะ หินแต่ละก้อนจะทำให้เกิดคลื่นเป็นวงกลมโดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดที่หินตกลงมา คลื่นวงกลมเหล่านี้ซ้อนทับกันจะสร้างรูปแบบคลื่นโดยรวมบนผิวน้ำ สิ่งสำคัญคือคลื่นวงกลมทั้งหมดและรูปแบบคลื่นที่สร้างขึ้นจะยังคงอยู่แม้หลังจากที่หินจมลงสู่ก้นบ่อแล้วก็ตาม ดังนั้นสาเหตุโดยตรงของคลื่นวงกลมเริ่มแรกจึงไม่ใช่ตัวหินเอง แต่เป็น การรบกวนในท้องถิ่นผิวน้ำในบริเวณที่ก้อนหินตกลงมา การรบกวนในท้องถิ่นเองที่เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นวงกลมที่แยกจากกันและรูปแบบคลื่นที่กำลังอุบัติใหม่ และไม่สำคัญอีกต่อไปว่าอะไรทำให้เกิดการรบกวนเหล่านี้ ไม่ว่าจะเป็นก้อนหิน วัตถุลอย หรือวัตถุอื่น ๆ เพื่ออธิบายกระบวนการของคลื่นที่ตามมา สิ่งสำคัญคือในเท่านั้น บางจุดคลื่นวงกลมปรากฏขึ้นบนผิวน้ำ

แนวคิดหลักของฮอยเกนส์ก็คือ การรบกวนในท้องถิ่นสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแต่จากวัตถุแปลกปลอม เช่น หินหรือลอยตัวเท่านั้น แต่ยังเกิดจากคลื่นที่แพร่กระจายในอวกาศด้วย!

หลักการของฮอยเกนส์ แต่ละจุดในอวกาศที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการคลื่นนั้นจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทรงกลม

คลื่นทรงกลมเหล่านี้แพร่กระจายไปทุกทิศทางจากจุดรบกวนคลื่นแต่ละจุดเรียกว่า คลื่นรองวิวัฒนาการที่ตามมาของกระบวนการคลื่นประกอบด้วยการซ้อนทับของคลื่นทุติยภูมิที่ปล่อยออกมาจากทุกจุดซึ่งกระบวนการคลื่นได้จัดการไปถึงแล้ว

หลักการของฮอยเกนส์เป็นสูตรสำหรับการสร้างพื้นผิวคลื่น ณ เวลาใดเวลาหนึ่งโดยอิงจากตำแหน่งที่ทราบ ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง (รูปที่ 3)

กล่าวคือ เราถือว่าแต่ละจุดของพื้นผิวคลื่นดั้งเดิมเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิ ในช่วงเวลาดังกล่าว คลื่นทุติยภูมิจะเคลื่อนที่เป็นระยะทางหนึ่ง โดยที่ความเร็วคลื่นจะเป็นเท่าใด จากแต่ละจุดของพื้นผิวคลื่นเก่า เราสร้างทรงกลมที่มีรัศมี ; พื้นผิวของคลื่นลูกใหม่จะสัมผัสกันกับทรงกลมทั้งหมดนี้ พวกเขายังบอกด้วยว่าพื้นผิวคลื่นทำหน้าที่ ณ เวลาใดก็ได้ ซองจดหมายครอบครัวของคลื่นทุติยภูมิ

แต่แน่นอนว่า ในการสร้างพื้นผิวคลื่น เราไม่จำเป็นต้องดึงคลื่นทุติยภูมิที่ปล่อยออกมาจากจุดที่จำเป็นต้องวางอยู่บนพื้นผิวคลื่นก่อนหน้าจุดใดจุดหนึ่ง ของพื้นผิวใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสั่น

บนพื้นฐานของหลักการของฮอยเกนส์ เราสามารถหากฎการสะท้อนและการหักเหของแสงได้ ซึ่งก่อนหน้านี้เราถือว่าเป็นเพียงการสรุปข้อเท็จจริงจากการทดลองเท่านั้น

ที่มาของกฎการสะท้อน

สมมติว่าคลื่นระนาบตกลงบนส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง (รูปที่ 4) เราแก้ไขสองจุดของพื้นผิวนี้

รังสีตกกระทบสองดวงแล้วมาถึงจุดเหล่านี้ ระนาบที่ตั้งฉากกับรังสีเหล่านี้คือพื้นผิวคลื่นของคลื่นตกกระทบ

เส้นปกติไปยังพื้นผิวสะท้อนจะถูกวาดที่จุดนั้น อย่างที่คุณจำได้ มุมก็คือมุมตกกระทบ

สะท้อนรังสีแล้วออกมาจากจุด I ระนาบที่ตั้งฉากกับรังสีเหล่านี้คือพื้นผิวคลื่นของคลื่นสะท้อน ให้เราแสดงมุมการสะท้อนในตอนนี้ เราต้องการพิสูจน์สิ่งนั้น

ทุกจุดของเซ็กเมนต์ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิ ก่อนอื่นพื้นผิวของคลื่นจะถึงจุดนั้น จากนั้น เมื่อคลื่นตกกระทบเคลื่อนไป จุดอื่นๆ ในส่วนนี้จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการสั่น และที่ส่วนท้ายสุด วิธีสุดท้าย- จุด.

ดังนั้นการปล่อยคลื่นทุติยภูมิจึงเริ่มต้นที่จุดแรก คลื่นทรงกลมที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่มีในรูป

4 รัศมีที่ใหญ่ที่สุด เมื่อเราเข้าใกล้จุดนั้น รัศมีของคลื่นทุติยภูมิทรงกลมที่ปล่อยออกมาจากจุดกึ่งกลางจะลดลงเหลือศูนย์ หลังจากนั้น คลื่นทุติยภูมิจะถูกปล่อยออกมาในภายหลัง ยิ่งแหล่งกำเนิดอยู่ใกล้จุดนั้นมากเท่าไร

ตอนนี้สังเกตว่ารัศมีคือระยะทางที่คลื่นทุติยภูมิเคลื่อนที่โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ในขณะที่พื้นผิวคลื่นเคลื่อนไปยังจุดนั้น สมมติว่าแตกต่างออกไปเล็กน้อย: เวลาการเคลื่อนที่ของคลื่นรองจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งจะเท่ากับเวลาการเคลื่อนที่ของคลื่นตกกระทบจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง แต่ความเร็วของการเคลื่อนที่ของเหตุการณ์และคลื่นรองนั้นตรงกัน - หลังจากนั้นสิ่งนี้ก็เกิดขึ้นในสื่อเดียวกัน! ดังนั้น เนื่องจากความเร็วและเวลาตรงกัน ระยะทางจึงเท่ากัน:

ปรากฎว่าสามเหลี่ยมมุมฉากกับด้านตรงข้ามมุมฉากเท่ากัน จึงเท่าเทียมกันและสอดคล้องกัน มุมที่คมชัด- ยังคงเป็นที่น่าสังเกตว่า (เนื่องจากทั้งคู่เท่ากัน) และ (ทั้งคู่เท่ากัน)
ดังนั้นมุมสะท้อนจึงเท่ากับมุมตกกระทบซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็น

นอกจากนี้จากการก่อสร้างตามภาพ

4 เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าข้อความที่สองของกฎการหักเหของแสงก็เป็นไปตามนั้นเช่นกัน รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นตั้งฉากถึงพื้นผิวสะท้อนแสงอยู่ในระนาบเดียวกัน

ที่มาของกฎการหักเหของแสง

ตอนนี้เราจะแสดงให้เห็นว่ากฎการหักเหเป็นไปตามหลักการของไฮเกนส์อย่างไร เพื่อความชัดเจน เราจะถือว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระนาบแพร่กระจายในอากาศและตกลงบนขอบเขตด้วยตัวกลางโปร่งใสบางส่วน (รูปที่ 5) ตามปกติ มุมตกกระทบคือมุมระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติกับพื้นผิว มุมหักเหคือมุมระหว่างรังสีหักเหกับเส้นปกติ

จุดนี้คือจุดแรกของส่วนที่พื้นผิวคลื่นของคลื่นตกกระทบไปถึง ณ จุดนั้น การปล่อยคลื่นทุติยภูมิจะเริ่มเร็วที่สุด ให้เป็นเวลาที่จากช่วงเวลานี้คลื่นตกกระทบจะไปถึงจุดซึ่งก็คือการเดินทางไปยังส่วนนั้น

ให้เราแสดงความเร็วแสงในอากาศและปล่อยให้ความเร็วแสงในตัวกลางเป็น . ในขณะที่คลื่นตกกระทบเดินทางในระยะไกลและไปถึงจุดหนึ่ง คลื่นรองจากจุดนั้นจะกระจายไปยังระยะไกล เพราะว่าแล้ว. ส่งผลให้พื้นผิวคลื่นไม่ขนานกัน
พื้นผิวคลื่น - การหักเหของแสงเกิดขึ้น! ภายในกรอบของทัศนศาสตร์เรขาคณิต ไม่มีคำอธิบายว่าเหตุใดจึงสังเกตเห็นปรากฏการณ์การหักเหของแสงเลย สาเหตุของการหักเหอยู่ในธรรมชาติของคลื่นแสงและสามารถเข้าใจได้จากมุมมอง

หลักการของฮอยเกนส์: ประเด็นทั้งหมดก็คือ ความเร็วของคลื่นทุติยภูมิในตัวกลางนั้นน้อยกว่าความเร็วแสงในอากาศ และสิ่งนี้นำไปสู่การหมุนของพื้นผิวคลื่นโดยสัมพันธ์กับตำแหน่งเดิม จากสามเหลี่ยมมุมฉาก

และเห็นได้ง่าย และ (เพื่อความกระชับ แสดงว่า ) เราจึงมี:

อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหของแสงกลายเป็นเท่ากับ ค่าคงที่โดยไม่ขึ้นกับมุมตกกระทบ ปริมาณนี้เรียกว่าดัชนีการหักเหของตัวกลาง:

ผลลัพธ์ที่ได้คือกฎการหักเหที่รู้จักกันดี:

โปรดทราบ: ความหมายทางกายภาพดัชนีการหักเหของแสง (เป็นอัตราส่วนของความเร็วแสงในสุญญากาศและในตัวกลาง) ได้รับการชี้แจงอีกครั้งด้วยหลักการของ Huygens

จากรูป

5 ข้อความที่สองของกฎการหักเหก็ชัดเจนเช่นกัน: รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นปกติของส่วนต่อประสานอยู่ในระนาบเดียวกัน ไฮเกนส์ตั้งสมมติฐานว่าแต่ละจุดบนหน้าคลื่นที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดหลักใดๆ จะเป็นแหล่งกำเนิดรองของคลื่นทรงกลม สมมติฐานนี้เรียกว่า.

หลักการของฮอยเกนส์ ภายใต้หน้าคลื่น โดยปกติแล้วเราจะเข้าใจพื้นผิวที่แยกบริเวณที่มีการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นแล้วในช่วงเวลาที่กำหนดจากบริเวณที่คลื่นยังไม่มีเวลาในการแพร่กระจาย เมื่ออธิบายการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเอกรงค์มักใช้แทนคำนี้พื้นผิวเฟสเท่ากัน ใช้คำนี้หน้าคลื่น,

ซึ่งถ้าพูดกันตรงๆ มันก็ไม่ถูกต้องทั้งหมด ให้พื้นผิวเป็นที่รู้จักส 1 (รูปที่ 1.24) ซึ่งเฟสของฟังก์ชันที่แสดงลักษณะของคลื่นในขณะนั้นเสื้อ = t0 1 (รูปที่ 1.24) ซึ่งเฟสของฟังก์ชันที่แสดงลักษณะของคลื่นในขณะนั้นเท่ากับค่าบางค่า Ψ0 ในเวลาต่อมาt0 +∆t พื้นผิวที่สอดคล้องกับค่าเฟส Ψ0 จะไม่ตรงกับ S1 อีกต่อไป ในการกำหนดพื้นผิวใหม่นี้ ตามหลักการของไฮเกนส์ จำเป็นต้องให้แต่ละจุดของพื้นผิว S1 เป็นจุดศูนย์กลางของทรงกลมที่มีรัศมีร0 =ค∆เสื้อ ที่ไหน – กับ 1 (รูปที่ 1.24) ซึ่งเฟสของฟังก์ชันที่แสดงลักษณะของคลื่นในขณะนั้นความเร็วการแพร่กระจายคลื่น จากนั้นพื้นผิว S2 (รูปที่ 1.24) ซึ่งห่อหุ้มตระกูลทรงกลมที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้โดยคำนึงถึงทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นจะเป็นพื้นผิวที่ต้องการซึ่งเฟสในขณะนี้t0 + t0+

เท่ากับ Ψ0

รูปที่.1.24. พื้นผิว S1 และ S2 หลักการของฮอยเกนส์ใช้ได้กับกระบวนการคลื่นใดๆ และช่วยให้เราสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของหน้าคลื่นหรือพื้นผิวในเฟสที่เท่ากัน โดยเริ่มต้นจากช่วงเวลาที่ทราบหน้าคลื่น หรือ PRF ตามลำดับ สูตรทางคณิตศาสตร์ของหลักการของฮอยเกนส์ให้ไว้ครั้งแรกโดยเคียร์ชอฟฟ์ ดังนั้นหลักการนี้จึงมักเรียกว่า

หลักการของฮอยเกนส์-เคียร์ชอฟฟ์ หลักการของ Huygens-Kirchhoff ช่วยให้เราสามารถหาสนามในกรณีที่พื้นผิวได้แหล่งที่มาโดยรอบ

หลักการ Huygens-Kirchhoff ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการคำนวณรูปแบบการแผ่รังสีของระบบเปล่งคลื่นไมโครเวฟต่างๆ เสาอากาศประเภทหลักในช่วงนี้: ช่อง, แตรและกระจก (แสดงแผนผังในรูปที่ 1.25, ก, ข, ค,ตามนั้น) สามารถแสดงเป็นพื้นผิวปิดได้ โดยส่วนหนึ่ง (S0) เป็นโลหะ และอีกส่วนหนึ่ง (SΣ) เป็นพื้นผิวเปิด (ซึ่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกแผ่ออกไปสู่พื้นที่โดยรอบ) โดยทั่วไปแล้วฟิลด์บน SΣ นั้นจะทราบกันว่ามีระดับความแม่นยำที่แตกต่างกัน และสามารถแทนที่ได้ด้วยการกระจายของแหล่งข้อมูลที่เทียบเท่ากัน

รูปที่.1.25. เสาอากาศช่วงไมโครเวฟประเภทหลัก: ก) ช่อง; ข) แตร; ค) กระจกเงา

นอกจากนี้ในการคำนวณโดยประมาณ wicking มักถูกละเลย กระแสไฟฟ้าบนพื้นผิวด้านนอกของเสาอากาศเช่น สันนิษฐานว่าอยู่บนพื้นผิว ส0หายไปเช่นกัน กระแสไฟฟ้า:

ในการประมาณนี้ สนามระยะไกลจะถูกกำหนดโดยกระแสไฟฟ้าและแม่เหล็กที่เท่ากันของพื้นผิวเท่านั้น หรือสิ่งที่เหมือนกันคือโดยส่วนประกอบในแนวสัมผัสของเวกเตอร์และบนพื้นผิว SΣ

เมื่อคำนวณสนาม คุณสามารถใช้หลักการของการซ้อน: แบ่งพื้นผิว SΣ ออกเป็นพื้นที่เบื้องต้น ΔS ค้นหาสนามที่สร้างขึ้นโดยกระแสที่เท่ากันของแต่ละพื้นที่ จากนั้นจึงสรุปผลลัพธ์

กำหนดหลักการของไฮเกนส์-เฟรสเนล 1. แหล่งกำเนิดทุติยภูมิทั้งหมดของหน้าคลื่นที่เล็ดลอดออกมาจากแหล่งหนึ่งมีความสอดคล้องกัน 2. สำหรับแหล่งที่มารอง หลักการของการซ้อนทับนั้นใช้ได้ 3. พื้นที่ผิวคลื่นที่เท่ากันจะปล่อยความเข้มเท่ากันเมื่อคำนวณแอมพลิจูดของการสั่นของแสงที่ตื่นเต้นโดยแหล่งกำเนิด S 0 ในจุดใดก็ได้

1. M แหล่งกำเนิด S 0 สามารถถูกแทนที่ด้วยระบบที่เทียบเท่าของแหล่งทุติยภูมิ - ส่วนเล็ก ๆ dS ของพื้นผิวเสริมปิด S ใด ๆ วาดเพื่อให้ครอบคลุมแหล่งกำเนิด S 0 และไม่ครอบคลุมจุด M ที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

   แหล่งที่มาทุติยภูมิมีความสอดคล้องกัน S 0 ดังนั้นคลื่นทุติยภูมิที่พวกมันตื่นเต้นจะรบกวนเมื่อซ้อนทับกัน

   หากส่วนหนึ่งของพื้นผิว S ถูกครอบครองโดยตัวกรองทึบแสง แหล่งที่มาทุติยภูมิที่เกี่ยวข้องจะไม่ปล่อยออกมา และส่วนที่เหลือจะเปล่งแสงเช่นเดียวกับในกรณีที่ไม่มีตัวกรอง

หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนล สาระสำคัญมีดังนี้: สำหรับแต่ละงานเฉพาะ หน้าคลื่นควรแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ (โซนเฟรส) ซึ่งถือเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นที่เหมือนกันอิสระ แอมพลิจูด (และความเข้ม) ของคลื่นที่จุดสังเกตถูกกำหนดโดยเป็นผลมาจากการรบกวนจากคลื่นที่คาดว่าจะสร้างขึ้นโดยแต่ละโซน

อธิบายการเข้ามาของแสงเข้าสู่บริเวณเงาเรขาคณิตโดยใช้หลักการของฮอยเกนส์ แต่ละจุดของส่วนหน้าคลื่นที่ถูกแยกออกจากหลุมทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิซึ่งโค้งงอรอบขอบของหลุม แต่ละจุดของส่วนหน้าคลื่นซึ่งถูกเน้นด้วยหลุมนั้น ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทุติยภูมิซึ่งโค้งไปรอบๆ ขอบของรู

การเลี้ยวเบนคืออะไร? ปรากฏการณ์ของคลื่นแสงที่เบี่ยงเบนจากการแพร่กระจายของเส้นตรงเมื่อผ่านรูและใกล้ขอบของตะแกรง เรียกว่า การเลี้ยวเบน (การโค้งงอของแสงรอบสิ่งกีดขวางที่กำลังมาถึง)

ปรากฏการณ์การเบี่ยงเบนของคลื่นแสงจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านรูและใกล้ขอบของหน้าจอเรียกว่า การเลี้ยวเบน (การโค้งงอของแสงรอบ ๆ สิ่งกีดขวางที่กำลังจะมาถึง) ชุดของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ระหว่างการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่มีความไม่เท่ากันอย่างคมชัดมิติ ซึ่งเทียบได้กับความยาวคลื่นและเกี่ยวข้องกับการเบี่ยงเบนจากกฎของทัศนศาสตร์เรขาคณิตกำหนดการเลี้ยวเบนของเฟรสเนลและการเลี้ยวเบนของฟรอนโฮเฟอร์ หากสังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ระยะห่างจำกัดจากวัตถุที่ทำให้เกิดการเลี้ยวเบน และต้องคำนึงถึงความโค้งของหน้าคลื่นด้วย เราก็พูดถึงการเลี้ยวเบนของเฟรสเนล

- ด้วยการเลี้ยวเบนของเฟรสเนล ภาพการเลี้ยวเบนของสิ่งกีดขวางจะถูกสังเกตบนหน้าจอ หากส่วนหน้าของคลื่นแบน (รังสีขนานกัน) และสังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ระยะห่างที่ไกลมาก (ใช้เลนส์สำหรับสิ่งนี้) ดังนั้นเรากำลังพูดถึง โอ.

การเลี้ยวเบนของฟรอนโฮเฟอร์

เหตุใดจึงเลือกวิธีเฟรสเนลโซนเพื่อให้ระยะห่างจากโซนข้างเคียงต่างกัน 3/2

/2 คือความต่างของระยะชัก การสั่นที่ตื่นเต้นที่จุด P ระหว่างสองโซนที่อยู่ติดกันนั้นอยู่ตรงข้ามกันในเฟส

ก ม = (ก ม-1 + ก ม+1)/2; ก=ก 1/2 ตะแกรงเลี้ยวเบนคืออะไร?ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นอุปกรณ์เชิงแสงที่ทำงานบนหลักการของการเลี้ยวเบนของแสงและเป็นการผสมผสานกัน

จำนวนมาก ลายเส้นที่มีระยะห่างสม่ำเสมอ (ช่อง, ส่วนที่ยื่นออกมา) ใช้กับพื้นผิวบางประเภท คำอธิบายแรกของปรากฏการณ์นี้จัดทำโดย James Gregory ผู้ใช้ขนนกเป็นตาข่ายคาบของตะแกรงเลี้ยวเบนคือเท่าใด? 0,001 / ลายเส้นที่มีระยะห่างสม่ำเสมอ (ช่อง, ส่วนที่ยื่นออกมา) ใช้กับพื้นผิวบางประเภท คำอธิบายแรกของปรากฏการณ์นี้จัดทำโดย James Gregory ผู้ใช้ขนนกเป็นตาข่าย

ระยะทางที่เส้นบนตะแกรงถูกทำซ้ำเรียกว่าคาบของตะแกรงเลี้ยวเบน แสดงด้วยตัวอักษร d หากทราบจำนวนจังหวะ (เอ็น ) ต่อตะแกรง 1 มม. จากนั้นหาระยะเวลาตะแกรงโดยใช้สูตร:เหตุใดแสงจึงผ่านตะแกรงเลี้ยวเบน

แสงธรรมชาติ สลายตัวเป็นสเปกตรัม? ตำแหน่งของจุดสูงสุดหลักขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น แล ดังนั้นเมื่อผ่านตะแกรงแสงสีขาว จุดสูงสุดทั้งหมดยกเว้นจุดศูนย์กลาง (m=0) จะถูกสลายออกเป็นสเปกตรัม โดยบริเวณสีม่วงจะหันไปทางจุดศูนย์กลางของรูปแบบการเลี้ยวเบน ซึ่งเป็นบริเวณสีแดงออกไปด้านนอกความละเอียดของตะแกรงเลี้ยวเบนคืออะไร?

ความละเอียดของตะแกรงจะเท่ากับ R = mN ดังนั้นความละเอียดของตะแกรงจึงขึ้นอยู่กับลำดับ m ของสเปกตรัมและต่อไปจำนวนทั้งหมด N จังหวะของส่วนการทำงานของตะแกรงคือ ส่วนนั้นที่การแผ่รังสีภายใต้การศึกษาผ่านไปและขึ้นอยู่กับรูปแบบการเลี้ยวเบนที่เกิดขึ้นทำให้อนุภาคไม่สูญเสียพลังงานขณะเคลื่อนที่ อีเธอร์นี้แทรกซึมไปทั่วพื้นที่โดยรอบ และยังทะลุผ่านวัตถุ ทำให้คลื่นแสงกระจายไปในทุกทิศทาง

ทฤษฎีพื้นฐาน

หลักการของไฮเกนส์-เฟรสเนลเป็นพื้นฐานสามารถกำหนดได้ดังนี้ การแพร่กระจายของแสงคือการกระตุ้นแสงที่เล็ดลอดออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงจะถูกส่งไปยังจุดใกล้เคียงในอวกาศ ซึ่งสร้างคลื่นแสงทุติยภูมิและส่งไปยังจุดใกล้เคียง สนามการแพร่กระจายของคลื่นทุติยภูมิจากจุดใกล้เคียงซ้อนทับกัน ทำให้มีความเข้มข้นขึ้นหรือลดลง ทฤษฎีนี้ได้รับการยืนยันโดยการเลี้ยวเบน การรบกวน การกระจาย และการสะท้อน ซึ่งจะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

การรบกวน

เมื่อคลื่นแสงสองคลื่นซ้อนทับกัน คลื่นแสงเหล่านั้นสามารถทำหน้าที่เป็นปัจจัยขยายหรือทำให้การสั่นสะเทือนของกันและกันอ่อนลง การค้นพบปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อสิบเจ็ดปีก่อนการกำหนดหลักการของฮอยเกนส์ในปี พ.ศ. 2344 โดยโธมัส ยัง แพทย์ชาวอังกฤษที่ได้รับการฝึกอบรม นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าหากเจาะรูเล็กๆ สองรูบนกระดาษแข็งที่อยู่ติดกัน และตะแกรงนี้วางอยู่ในเส้นทางของลำแสงที่มีทิศทางแคบ เช่น ช่องว่างในม่าน จากนั้นไปบนผนังด้านหลังจอภาพแทน จากจุดไฟสองจุดที่คาดไว้นั้นจะมีวงแหวนสว่างและวงแหวนสีเข้มหลายวง เพื่อให้การทดลองประสบความสำเร็จ จำเป็นต้องมีเงื่อนไขเดียวเท่านั้น นั่นคือคลื่นแสงจะต้องมีความสม่ำเสมอในการสั่นสะเทือน

การเลี้ยวเบน

คลื่นแสงที่ผ่านละอองลอย ของเหลว หรือของแข็งสามารถเบี่ยงเบนไปจากแกนการเคลื่อนที่แนวตรงได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเลี้ยวเบน ใช้ในอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาเพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนแม้กระทั่งวัตถุที่เล็กที่สุดหรือวัตถุที่อยู่ในระยะไกลมาก

พร้อมกับไฮเกนส์ ในปี ค.ศ. 1818 เฟรสเนลได้นำเสนอรายงานเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนต่อชาวปารีส สังคมวิทยาศาสตร์- ประสบการณ์และการคำนวณทางทฤษฎีของเขาได้รับการอนุมัติและหนึ่งในสมาชิกของคณะกรรมาธิการปัวซองนักฟิสิกส์ตามทฤษฎีนี้สรุปว่าหากวางสิ่งกีดขวางทรงกลมทึบแสงไว้ในเส้นทางของรังสีที่หักเหแบบเลี้ยวเบน จุดแสงจะสะท้อนบน หน้าจอ ไม่ใช่เงาของวัตถุ ต่อมาสมมติฐานนี้ได้รับการทดสอบโดยนักฟิสิกส์ D.F. อาราโก. การเลี้ยวเบนของแสง (หลักการไฮเกนส์-เฟรสเนล) ได้รับการยืนยันผ่านสมมติฐานที่ดูเหมือนจะขัดแย้งกัน ทฤษฎีคลื่นแสงเกิดขึ้นท่ามกลางหลักฟิสิกส์ที่ได้รับการตรวจสอบแล้วอื่นๆ

การกระจายตัว

นอกเหนือจากการเลี้ยวเบนและการรบกวนแล้ว หลักการของ Huygens-Fresnel ยังรวมถึงปรากฏการณ์การกระจายตัวด้วย โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือการสลายตัวของลำแสงเป็นคลื่นแต่ละคลื่นหลังจากผ่านละอองลอย ของเหลว หรือ แข็ง- ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดยไอแซก นิวตันระหว่างการทดลองกับปริซึม การแยกแสงสามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าลำแสงสีขาวประกอบด้วยคลื่นแสงที่มีความยาวต่างกัน เมื่อผ่านสิ่งกีดขวาง แสงจะสะท้อนในมุมที่แตกต่างกัน เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นโดยตรง ด้วยเหตุนี้ คลื่นที่มีความยาวเท่ากันจึงสร้างลำแสงแยกกัน ซึ่งเรารับรู้ในสเปกตรัมสีที่ต่างกัน: จากสีแดงไปจนถึงสีม่วง

โพลาไรซ์

อธิบายเรื่องนี้ หลักการทางกายภาพค่อนข้างยาก เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น คุณสามารถใช้ประสบการณ์การส่องผ่านแสงระหว่างปริซึมทั้งสองได้ สาระสำคัญของมันคือหากวัตถุโปร่งใสที่เป็นของแข็งถูกวางในลักษณะเดียวกัน แสงจะส่องผ่านวัตถุเหล่านั้นโดยไม่สูญเสียความสว่าง แต่ถ้าวางไว้ในแนวตั้งฉากกัน ลำแสงก็จะไม่ผ่าน สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยเวกเตอร์ทิศทางของคลื่นแสง หากเกิดขึ้นพร้อมกับระนาบที่คริสตัลตั้งอยู่ การลดทอนจะไม่เกิดขึ้น และหากไม่ตรงกัน ลำแสงจะสว่างน้อยลงหรือไม่ผ่านวัตถุเลย เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าบางส่วนของ คลื่นก็ดับลง

การสะท้อนกลับ

ถ้าเป็นของแข็งหรือ ร่างกายของเหลวจากนั้นเขาก็จะสะท้อนกลับทั้งหมดหรือบางส่วน ด้วยวิธีนี้เราจะสามารถเห็นวัตถุรอบตัวเรา เมื่อไร คลื่นแสงไปถึงส่วนต่อประสาน (เช่น ก๊าซ/ของเหลว หรือ ก๊าซ/ของแข็ง) จากนั้นจะถูกสะท้อนกลับทั้งหมดหรือบางส่วน มุมที่เกิดขึ้นระหว่างรังสีแสงกับเส้นตั้งฉากซึ่งมีขนบนพื้นผิว (ขอบเขตเฟส) เรียกว่ามุมตกกระทบ และมุมที่อยู่ระหว่างเส้นตั้งฉากกับรังสีสะท้อนคือมุมสะท้อน

กฎแห่งการสะท้อน:

1. เหตุการณ์และรังสีสะท้อนและตั้งฉากอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน
3. เส้นทางของแสงสามารถย้อนกลับได้

การสะท้อนแบบกระจายและการสะท้อนแสง

ขึ้นอยู่กับประเภทของพื้นผิวที่ลำแสงสะท้อน สามารถแยกแยะการสะท้อนแบบ Specular และแบบกระจายได้ การสะท้อนแบบสเปกตรัมคือการสะท้อนที่สังเกตได้จากพื้นผิวเรียบมากเมื่อความผิดปกติไม่เกินความยาวคลื่น จากนั้นรังสีสะท้อนจะขนานกับรังสีตกกระทบ พบได้ในกระจก กระจก โลหะขัดเงา หากความผิดปกติของพื้นผิวยาวกว่าความยาวคลื่นแสง รังสีที่สะท้อนจะถูกส่งไปที่มุมที่แตกต่างกันโดยสัมพันธ์กับมุมตกกระทบ เป็นเพราะเหตุนี้เราจึงสามารถมองเห็นวัตถุที่ไม่ใช่แหล่งกำเนิดแสงได้ นับเป็นครั้งแรกที่หลักการของ Huygens ช่วยให้ได้ข้อสรุปดังกล่าว กฎแห่งการสะท้อนของแสงได้รับการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์และการปฏิบัติโดยอิงจากที่มีอยู่แล้ว แนวคิดที่รู้จักการรบกวนและการเลี้ยวเบน

การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ

หลักการของ Huygens-Fresnel เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็น และยังกลายเป็นพื้นฐานสำหรับทฤษฎีแสงอนุภาค-คลื่นอีกด้วย ชาวอังกฤษ D. Tabor ผู้ได้รับรางวัล รางวัลโนเบลในวิชาฟิสิกส์ เขาคิดค้นกฎนี้โดยใช้กฎนี้ แม้ว่าการนำไปปฏิบัติจริงจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีการใช้งานจำนวนมากของแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งมีการกำหนดเป้าหมายสูง - เลเซอร์ โดยพื้นฐานแล้ว โฮโลแกรมคือรูปแบบการรบกวนที่ถ่ายบนจานถ่ายภาพ ซึ่งเกิดจากคลื่นแสงที่เสริมกำลังและอ่อนแรงซึ่งกันและกัน โดยสะท้อนจากวัตถุในมุมที่ต่างกัน

เทคนิคในการจับภาพสามมิตินี้ใช้ในด้านจัดเก็บข้อมูล เพราะสามารถวางบนพื้นผิวเล็กๆ ของโฮโลแกรมได้ มากกว่าข้อมูลมากกว่าในไมโครกราฟ เช่น ตัวอย่างที่ชัดเจนคุณช่วยบอกสถานที่ได้ไหม พจนานุกรมสารานุกรมจำนวนหนึ่งพันสามร้อยหน้าบนจานถ่ายภาพขนาด 3x3 ซม.

เครื่องมือต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบโฮโลกราฟิก อยู่ระหว่างการพัฒนา ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างภาพสามมิติที่เล็กที่สุดได้ หน่วยโครงสร้างสิ่งมีชีวิต ตลอดจนภาพยนตร์โฮโลแกรมและโทรทัศน์ ซึ่งเวอร์ชันแรกเป็นการฉายภาพยนตร์ 3 มิติ