Kan licht om hoeken buigen: 9 belangrijke feiten

Het antwoord is "Ja", licht kan om hoeken buigen.

Wanneer licht langs de randen van een object gaat, heeft het de neiging om zijn pad rond de hoeken te buigen. Deze eigenschap van licht staat bekend als diffractie. Het fenomeen diffractie hangt af van de voortplanting van licht. Voor het bestuderen van dit fenomeen wordt licht behandeld als een golf.  

Inhoud:

Wat is diffractie van licht?

Diffractie van licht verwijst naar het fenomeen van het buigen van lichtgolven rond de hoeken van een belemmerend object met een grootte die vergelijkbaar is met de golflengte van licht. Het fenomeen diffractie hangt af van de voortplanting van licht. Voor het bestuderen van dit fenomeen wordt licht behandeld als een golf.

De mate of mate waarin de lichtstralen buigen, is afhankelijk van de grootte van het belemmerende object en de golflengte van het licht. Wanneer de afmeting van het object veel groter is in vergelijking met de golflengte van het licht, dan is de mate van buiging verwaarloosbaar en niet goed waarneembaar. Als de golflengte van licht echter vergelijkbaar is met de grootte van het belemmerende object (zoals een stofdeeltje), dan is de mate van diffractie hoog, dwz de lichtgolven buigen onder grotere hoeken. In dergelijke gevallen kunnen we de diffractie van licht met het blote oog waarnemen.

Lleer ons meer over hoe licht om hoeken buigt:

Hoe kan licht om hoeken buigen?

Volgens de klassieke natuurkunde wordt het fenomeen diffractie ervaren door een lichtgolf vanwege de manier waarop deze zich voortplant. Het fenomeen is beschreven door Christiaan Huygens en Augustin-Jean Fresnel in het Huygens-Fresnel-principe en het principe van superpositie van golven. Voortplanting van lichtgolven kan visueel worden geïnterpreteerd door elk afzonderlijk deeltje in het voortplantingsmedium te nemen als een puntbron die aanleiding geeft tot het secundaire golffront van een sferische golf.

De verplaatsing van de golven van elke puntbron wordt opgeteld om een ​​secundaire golf te vormen. Amplitudes en relatieve fasen van elke golf spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de volgende gevormde bolvormige golf. De amplitude van de resulterende golf kan elke waarde aannemen die ligt tussen 0 en de optelling van de individuele amplituden van de puntbronnen.

Daarom bestaat een algemeen diffractiepatroon uit een reeks minima en maxima.

Volgens de moderne kwantumoptica geeft elk foton dat door een dunne spleet gaat zijn eigen golffunctie. Deze golffunctie is afhankelijk van verschillende fysieke factoren, zoals de afmetingen van de spleet, de afstand tot het scherm en de begincondities van de fotonengeneratie. 

Het diffractiefenomeen kan kwalitatief worden begrepen door rekening te houden met de relatieve fasen van de secundaire golffronten. De superpositie van twee halve golfcirkels resulteert in constructieve interferentie. Wanneer twee halve cirkels van golven elkaar opheffen, resulteert dit in destructieve interferentie.

Diffractie in de atmosfeer:

Licht wordt in de atmosfeer afgebogen door te buigen rond de atmosferische deeltjes. Gewoonlijk wordt het licht afgebogen door de kleine waterdruppeltjes die in de atmosfeer zweven. Door de afbuiging van het licht kunnen lichte randen lichte, donkere of gekleurde banden ontstaan. De zilveren rand die kan worden waargenomen rond de randen van wolken of de corona's van de maan of de zon is ook het resultaat van de diffractie van licht. 

Zonneglorie bij de stoom van de hete lente
Buigen van licht gezien door hete stoom. (kan licht om hoeken buigen) Bron afbeelding: Brocken InaglorieZonneglorie bij de stoom van de hete lenteCC BY-SA 3.0

Voorbeelden van diffractie in het dagelijks leven

Enkele voorbeelden van diffractie of afbuiging van licht komen vaak voor in ons dagelijks leven, zoals:

CD of DVD: In een cd- of dvd-schijf zien we vaak de vorming van een regenboogachtig patroon. Dit regenboogachtige patroon wordt gevormd door het fenomeen diffractie. Hierbij fungeert de cd of dvd als diffractierooster. 

Hologram: Een hologram is zo ontworpen dat het een diffractiepatroon produceert. Dergelijke hologrammen worden vaak gezien in creditcards of boekomslagen. 

Voortplanting van de laserstraal: De verandering in het straalprofiel van een laserstraal zoals bepaald door het fenomeen van diffractie dat optreedt wanneer de laserstraal zich door een medium voortplant. De laagste geregistreerde divergentie als gevolg van de fractie wordt geleverd door een planair ruimtelijk coherent golffront met een Gauss-bundelprofiel. In het algemeen geldt dat hoe groter de uitgangsbundel, hoe langzamer de divergentie is.

De mate van divergentie van een laserstraal kan worden verminderd door eerst de straal te divergeren met behulp van een bolle lens en vervolgens de straal te convergeren of te collimeren met behulp van een tweede bolle lens met een brandpunt dat samenvalt met het brandpunt van de eerste Bolle lens. Op deze manier zal de resulterende bundel een grotere diameter hebben in vergelijking met de oorspronkelijke bundel en dus zou de divergentie worden verminderd.

Diffractie beperkte beeldvorming: Diffractie beperkt het oplossend vermogen van een beeldvormingssysteem. Door afleiding kan de lichtstraal niet op één punt scherpstellen. In plaats daarvan vindt de vorming van een foutschijf plaats die een centrale lichtvlek heeft met een concentrische cirkel eromheen. Het is te zien dat met een groter diafragma de lenzen in staat zijn om beelden fijner op te lossen. 

Diffractie met één spleet: De diffractie van een lange spleet met verwaarloosbare breedte wordt genomen. De spleet wordt dan verlicht met een puntlichtbron. Nadat het door de spleet is gegaan, wordt het afgebogen in een reeks cirkelvormige golffronten. De spleet is breder dan de golflengte van het licht en kan interferentiepatronen produceren in de ruimte die onder de spleet ligt.

Golfdiffractie 4Lambda-spleet
Diffractiepatroon zoals waargenomen door een enkele spleet. kan licht buigen om hoeken).Beeldbron: Dicklyon at Engelse WikipediaGolfdiffractie 4Lambda-spleet, (kan licht om hoeken buigen) gemarkeerd als publiek domein, meer details op Wikimedia Commons

THet concept van afbuiging van licht kan leiden tot certis qgedachten in de hoofden van mensen. Laten we een paar van die vragen bekijken:

Reist licht in een rechte lijn? Zo ja, hoe?

Licht is een elektromagnetische golf en reist daarom in de vorm van een golf. De golflengte van licht is echter erg klein. Daarom wordt een lichtgolf bij benadering genomen als een straal die zich in een rechte lijn voortplant. De golfeigenschap van licht kan alleen worden waargenomen wanneer het interageert met objecten met een grootte die vergelijkbaar is met de golflengte van licht. Voor de objecten in ons dagelijks leven wordt de interactie met licht opgevat als stralen die in een rechte lijn reizen. Voor kleinere objecten buigt het licht door diffractie om hoeken.

Hoe is interferentie gerelateerd aan watergolven?

kan licht om hoeken buigen
Water golven.
 Afbeeldingsbron: (kan licht om hoeken buigen)WerkwoordenvangerGolfdiffractie bij de Blue Lagoon, AbereiddyCC BY-SA 4.0

Het interferentie van licht golven veroorzaken de optische effecten die het gevolg zijn van de afbuiging van licht. We kunnen dit feit visualiseren door de lichtgolven voor te stellen als watergolven. Stel dat je een houten plank op een wateroppervlak houdt om te drijven, dan zul je merken dat de watergolven de houten plank op en neer doen stuiteren in overeenstemming met de invallende watergolven. Deze watergolven verspreiden zich verder in alle richtingen en interfereren met de aangrenzende watergolven.

Wanneer de toppen van twee watergolven samenkomen, leidt dit tot de vorming van een versterkte golf, dwz dat er constructieve interferentie plaatsvindt. Wanneer het dal van een golf echter interfereert met de top van een andere golf, heffen ze elkaar op, wat resulteert in een nulamplitude die geen verticale verplaatsing heeft, dwz destructieve interferentie. Wanneer de troggen van twee afzonderlijke golven interfereren, vormen ze een meer depressieve trog.

Ditzelfde patroon wordt waargenomen in het geval van lichtgolven. Wanneer het licht van de zon waterdruppels tegenkomt die in de atmosfeer zweven, interageren de lichtgolven met elkaar op een manier die vergelijkbaar is met die hierboven vermeld in het geval van watergolven. In het geval van lichtgolven constructieve interferentie vindt plaats wanneer de piekamplitude van twee lichtgolven op elkaar inwerken en een sterkere golf produceren.

Met andere woorden, wanneer twee toppen van lichtgolven op elkaar inwerken of interfereren, vormen ze een helderder patroon. Destructieve interferentie treedt op wanneer het dal van een lichtgolf interfereert met de top van een andere golf. Deze destructieve interferentie wordt waargenomen door de vorming van een donkerder patroon. 

1200px diffractiepatroon in spinnenweb 1
Diffractie van licht veroorzaakt de weergave van kleuren in een spinnenweb. (kan licht buigen om hoeken)
Beeldbron: Brocken InaglorieDiffractiepatroon in spinnenwebCC BY-SA 3.0

Hoe kan licht in een optische vezel om hoeken buigen?

Lichtstralen worden gebroken nadat ze het optische vezelmateriaal binnendringen.

De lichtgolven planten zich voort door de optische vezelkern door heen en weer te worden gebroken vanaf de grens of het grensvlak tussen de kern en de bekleding. Licht plant zich voort door de optische vezel zonder door de vezel te gaan of door te laten, door een fenomeen van totale interne breking. 

Totale interne reflectie kan alleen plaatsvinden wanneer de hoek van het invallende licht op de grens van de optische vezel groter is dan de kritische hoek van de vezel. Wanneer de hoek groter is dan de kritische hoek, wordt het licht in de optische vezel gebroken in plaats van door de bekleding weg te lekken.

Wat is de toestand van maximale afwijking van licht in prisma?

De maximale afwijking van licht in een prisma kan mogelijk zijn door de volgende twee voorwaarden:

1. De maximale afwijking van het licht kan alleen plaatsvinden als de hoek die op het prisma valt een rechte hoek is, dat wil zeggen 90 graden. Deze eigenschap staat ook wel bekend als grazing inval vanwege het feit dat de lichtstralen bijna langs het oppervlak van het prisma "schuren".

2. De tweede voorwaarde voor maximale afwijking van licht in een prisma is dat wanneer een opkomende straal wordt gereflecteerd op 90 graden of we kunnen zeggen dat het langs het oppervlak van het prisma strijkt. Deze voorwaarde is gelijkaardig aan de hierboven vermelde voorwaarde voor het tweede oppervlak.

Opmerking: we moeten de maximale afwijkingshoek niet verwarren met de minimale afwijkingshoek van een prisma.

Wat is het verschil tussen verstrooiing en diffractie?

Verstrooiing van licht: Verstrooiing van licht treedt op wanneer licht kleine voorwerpen raakt, zoals stofdeeltjes of gasvormige moleculen van waterdamp, het heeft de neiging om af te wijken van zijn rechte pad van voortplanting. Dit fenomeen wordt de verstrooiing van licht genoemd. Verstrooiing van licht kan worden opgemerkt of waargenomen in verschillende omgevingsverschijnselen. De blauwe kleur van de lucht, de witte kleur van wolken, de rode kleur van de lucht tijdens zonsondergang en zonsopgang, het Tyndall-effect, enz. zijn enkele voorbeelden van verstrooiing van licht.

Verkeerslichten of gevarensignalen zijn meestal rood van kleur omdat rood het minst van alle golflengten verstrooit. De mate van verstrooiing is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte van licht. Het fenomeen verstrooiing kan worden waargenomen als golfinteracties en deeltjesinteracties beide. De eigenschap van verstrooiing is gekoppeld aan golfinteracties.

Diffractie van licht: diffractie van licht verwijst naar het fenomeen waarbij lichtstralen de neiging hebben om rond de hoeken van een object te buigen met een grootte die vergelijkbaar is met de golflengte van licht. Diffractie wordt alleen waargenomen door licht alleen als een golf te behandelen. De eigenschap van diffractie is gekoppeld aan golfvoortplanting. Het patrooninterferentiepatroon dat wordt waargenomen tijdens een experiment met één spleet, roosters, hologrammen, excreta treedt op als gevolg van diffractie.

Kan een invallende straal een hoek van meer dan 90 graden hebben?

De invalshoek op een oppervlak wordt gedefinieerd als de hoek die de lichtstraal maakt van de normaal naar het punt dat het raakt. Daarom is de maximale hoek die gemaakt kan worden met de normaal op het oppervlak 90 graden aan weerszijden.

We hopen dat dit bericht je vragen heeft beantwoord het fenomeen terugkrijgen van diffractie.