Юный техник, 2006 № 08 - страница 24

Показать дифракцию целому классу большая проблема. Обычно для этого применяют универсальный проектор. Но во всех опытах получаются большие потери света, поэтому без затемнения они, как правило, не удаются.

Вот как можно показать с помощью такого проектора дифракцию на щели. С помощью установки, состоящей из осветителя с конденсором, двух раздвижных щелей и объектива (рис. 3).

Начнем с того, что развернем лампу на 80–85 градусов, чтобы ее спираль посылала в направлении оси прибора максимум света. Первую щель раздвиньте при помощи регулировочного винта до ширины 1,5–2 мм, установив се в таком месте, где покрывающий ее световой ноток наиболее ярок. Далее поставьте объектив и получите с его помощью четкое яркое изображение щели на экране. Установите за объективом вторую раздвижную щель так, чтобы просвет ее был строго параллелен просвету первой щели.

Теперь — самое интересное. Медленно уменьшите просвет второй щели примерно до 0,02 — 0,05 мм, и вы получите на экране четкую картину дифракции.

При наличии учебного газоразрядного лазера опыты по дифракции можно показывать целому классу почти без затемнения. Желательно лишь избегать попадания в комнату прямых солнечных лучей.

Вот как может быть поставлен опыт. Луч лазера направляется в объектив микроскопа со стороны резьбы. Выходящий из него луч фокусируется на крохотном отверстии. За ним на экране возникает четкая яркая картина дифракции. Если на пути луча лазера поставить дифракционную решетку, на стене можно получить яркое изображение ее максимумов.

Интересный способ демонстрации опытов по дифракции предложен за рубежом. Дифракционная картина, полученная при освещении предмета лампой карманного фонаря или светодиодом, подается при помощи телекамеры на телевизионный проектор и хорошо видна в большой аудитории практически без затемнения, да еще при очень большом увеличении.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

В основе явления дифракции лежит принцип Гюйгенса — Френеля, который гласит, что любая точка, застигнутая фронтом волны, как бы сама становится источником колебаний. Это объяснение легче понять, показав дифракцию волн воды. Для этого применяется специальная волновая ванна с прозрачным дном. Подсветив ее снизу точечным источником света, например, автомобильной лампой, можно увидеть на потолке класса четкую яркую картину волн, бегущих по поверхности воды.

Прежде всего, нужно при помощи вертикально колеблющейся с частотой 10–15 Гц пластины получить параллельный пучок волн. Он покажется в виде узкой, слабо расходящейся дорожки. На рисунке 1 показано огибание этими волнами преграды.

Видно, как, дойдя до преграды, основной поток волн пошел дальше, но та их часть, которая оказалась вблизи нее, дала начало нескольким новым дорожкам волн, или, если так можно выразиться, лучам.

Объяснить это сравнительно нетрудно. Мысленно выделим на гребне волны несколько небольших элементарных объемов воды, а затем проследим за ними. Если любой из них удалить из общей массы воды, то он растечется во все стороны. Но процесс этот своеобразен. Нет нужды напрягать голову, чтобы постичь его суть. Достаточно капнуть из пипетки на ровную поверхность воды и увидеть, как по ней во все стороны побегут круговые волны. Как только гребень волны оказывается срезан преградой, элементарные объемы воды начинают давать вторичные волны, что хорошо заметно на фото. Это дифракция волн воды, ограниченных полуплоскостью.

Особенно ярко проявляется суть процесса при прохождении волны через щель (рис. 2).

Здесь ставшие свободными элементарные объемы воды создают вторичные волны, которые интерферируют между собою. На снимке виден главный поток энергии волн и несколько побочных, полученных в результате интерференции. Если поток волн до щели имел прямолинейные гребни и был собран в параллельный пучок, то после щели главный поток заметно расходится, а гребни его волн имеют круговую форму. Если щель уменьшить, то это расхождение возрастет.

Мы говорили сейчас о вторичных волнах, которые создаются элементарными объемами воды на краю потока. Но такие объемы имеются на всем протяжении гребня волны, и каждый из них постоянно создает вторичные волны. Эти волны интерферируют между собою, что приводит к образованию следующего гребня.