Portál:Otázky z biofyziky (1. LF UK, VL)/54. Otázka


			54. Otázka
			Interference a ohyb světla
			Otázky z biofyziky (1. LF UK, VL)
			Předchozí • Další

Interference světla

[ upravit vložený článek

]

Interference světla znamená vzájemné ovlivňování, střetávání nebo prolínání světelných vln. Tímto jevem je potvrzena vlnová podstata světla a jeho vlastnosti se tedy podobají mechanickému vlnění.

Vznik

Světelnou interferenci pozorujeme zejména u záření monochromatického. Důležité je především to, že vlny se v některých místech střetu navzájem zesilují a v jiných zeslabují, dochází tak ke změnám intenzity světla. Skládáním světelných vln vzniká interferenční obrazec (struktura), který je pozorovatelný pouze za předpokladu, že obě vlnění jsou vzájemně koherentní. Jako koherentní nazveme vlny tehdy, jestliže mají stejnou frekvenci a jejich fázový rozdíl se v daném místě nemění (je konstantní). U běžných zdrojů světla (Slunce, žárovka, plamen) nelze interferenci pozorovat, protože se jedná o nekoherentní vlnění. Světlo, které vyzařují tyto zdroje, je výsledkem chaotických vln o různé frekvenci.

Základní vlastnosti

Interference dvou vlnění

Pro světelné vlnění platí:

 $\lambda ={\frac {\lambda _{0}}{n}}$  a Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle  v = \frac{c}{n} }

λ₀ = vlnová délka světla ve vakuu
c = rychlost světla ve vakuu
n = index lomu prostředí
λ = vlnová délka světla v prostředí o indexu lomu n
v = fázová rychlost šíření světla

Výsledek světelné interference závisí na celkovém dráhovém rozdílu:

interferenční maximum nastává, když je dráhový rozdíl roven sudému počtu půlvln

Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle  \Delta l = 2k \frac{\lambda}{2} }

interferenční minimum nastává, když je dráhový rozdíl roven lichému počtu půlvln

Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle  \Delta l = \left(2k + 1\right)\frac{\lambda}{2}}

Difrakce světla

[ upravit vložený článek

]

Difrakce na dvou štěrbinách

Difrakce (ohyb) světla je odchýlení světla od přímočarého směru šíření. Difrakce nastává po průchodu světla otvorem (štěrbinou), která má velikost srovnatelnou s vlnovou délkou Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \lambda} světla. Tím se liší od refrakce (lomu), reflexe (odrazu) i rozptylu světla, které též mění směr šíření světla.

Světlo je podle Huygensova principu zdrojem elementárních vln. To se používá k vysvětlení difrakce (viz obrázek).

Optická mřížka

Optická mřížka (difarkční mřížka, diffraction grating) je tvořena velkým počtem rovnoběžných vrypů na skle (až 1000 na 1 mm), kdy neporušená místa představují štěrbiny a vrypy mezery mezi nimi. Pro difrakci na ni platí rovnice:

Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle d \cdot \sin{\theta = m \cdot \lambda}}

kde Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle d} je mřížková konstanta (vzdálenost štěrbin), Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \theta} je úhel vycházejících paprsků a Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle m} je řád ohybového maxima.

Různé vlnové délky (barvy) se tedy odchylují do různých uhlů. Z rovnice vyplývá, že při průchodu bílého světla (což je směs všech barev) vznikne ohybové (mřížkové) spektrum, kdy je nejvíce odchýleno červené a nejméně fialové světlo. To lze využít pro rozklad světla na barvy v monochromátoru.