fizika / 5

Дифракция волн, явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием. Из-за Д. волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени.

Френеля дифракция, дифракция сферической световой волны на неоднородности (например, отверстии), размер которой сравним с диаметром одной из зон Френеля.

Зоны Френеля, участки, на которые можно разбить поверхность световой (или звуковой) волны для вычисления результатов дифракции света (или звука) . Впервые этот метод применил О. Френель в 1815—19. Суть метода такова. Пусть от светящейся точки Q распространяется сферическая волна и требуется определить характеристики волнового процесса, вызванного ею в точке Р. Разделим поверхность волны S на кольцевые зоны; для этого проведём из точки Р сферы радиусами PO, Pa = PO + l/2; Pb = Pa + l/2, Pc = Pb + l/2, (О — точка пересечения поверхности волны с линией PQ; l — длина световой волны) . Кольцеобразные участки поверхности волны, «вырезаемые» из неё этими сферами, и называется Зоны Френеля Волновой процесс в точке Р можно рассматривать как результат сложения колебаний, вызываемых в этой точке каждой Зоны Френеля в отдельности. Амплитуда таких колебаний медленно убывает с возрастанием номера зоны (отсчитываемого от точки О) , а фазы колебаний, вызываемых в Р смежными зонами, противоположны. Поэтому волны, приходящие в Р от двух смежных зон, гасят друг друга, а действие зон, следующих через одну, складывается. Если волна распространяется, не встречая препятствий, то, как показывает расчёт, её действие (сумма воздействий всех Зоны Френеля) эквивалентно действию половины первой зоны. Если же при помощи экрана с прозрачными концентрическими участками выделить части волны, соответствующие, например, N нечётным зонам Френеля, то действие всех выделенных зон сложится и амплитуда колебаний Uнечёт в точке Р возрастёт в 2N раз, а интенсивность света в 4N2 раз, причём освещённость в точках, окружающих Р, уменьшится. То же получится при выделении только чётных зон, но фаза суммарной волны Uчёт будет иметь противоположный знак.

Метод Зоны Френеля позволяет быстро и наглядно составлять качественное, а иногда и довольно точное количественное представление о результате дифракции волн при различных сложных условиях их распространения. Он применяется поэтому не только в оптике, но и при изучении распространения радио- и звуковых волн для определения эффективной трассы «луча» , идущего от передатчика к приёмнику; для выяснения того, будут ли при данных условиях играть роль дифракционные явления; для ориентировки в вопросах о направленности излучения, фокусировке волн и т. п.

Опыт Физо — опыт по определению скорости света в движущихся средах (телах), осуществлённый в 1851 Луи Физо . Опыт демонстрирует эффект релятивистского сложения скоростей.

описания опыта Физо необходима специальная теория относительности.

Схема опыта Физо

Луч от источника разделяется полупрозрачной пластинкой на два луча, один из которых, отражаясь от зеркал, проходит через текущую в трубах воду по направлению её движения, а другой — против её движения. После этого оба луча попадают в интерферометр, где и наблюдается интерференционная картина. Измерения производились сначала при неподвижной воде, а затем — при движущейся. По смещению интерференционных полос определялась разность времён прохождения лучей в движущейся и неподвижной среде, а следовательно, и величина а.

Сложение скоростей в рамках теории Относительности

Если с — скорость света в вакууме, а n — показатель преломления, то скорость света в неподвижной среде равна . Если среда двигается относительно лабораторной системы отсчёта, со скоростью u, то скорость света будет равна:

где приближённое равенство записано в первом порядке по u. В опыте Физо в качестве среды выступала вода, текущая со скоростью u= 7 м/c.

Первоначально, такая зависимость скорости света V от скорости среды и коэффициента преломления интерпретировалась в рамках классического сложения скоростей. В этом случае результат эксперимента можно объяснить, если считать, что свет частично увлекается средой , где — коэффициент увлечения, а знаки «+» и «-» соответствуют одинаковым и противоположным направлениям распространения света и движения среды. Подобное частичное увлечение было получено в 1818 г.Френелем и в дальнейшем возникало в электронной теории Xенрика Лоренца.

В рамках теории относительности нет необходимости в гипотезе частичного увлечения. Фактически свет полностью «увлекается» средой, а результат опыта Физо свидетельствует о неклассическом (релятивистском) сложении скоростей. Таким образом, опыт сыграл важную роль при построении электродинамики движущихся сред и явился одним из экспериментальных обоснований теории относительности Эйнштейна.