Плоская волна распространяется в направлении, перпендикулярном плоскому фронту волны.
Дифракция волн. Принцип Гюйгенса. Одним из общих свойств, присущих всем видам волн, является их дифракция.
• Дифракция волн — явление отклонения волны от геометрического направления распространения при встрече с препятствием (огибание препятствий, проникая за их края).
Огибание волной препятствий связано с соотношением размера препятствия с длиной волны. Явление дифракции наблюдается при соблюдении соотношения:
l ≥ D2
λ
Здесь λ — длина волны, D — размер препятствия (или щели) на пути волны, l — расстояние от препятствия до точки, в которой наблюдается дифракция.
Дифракцию можно объяснить на основе принципа, сформированного Гюйгенсом в 1690 году. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка среды, до которой доходит фронт волны, превращается в источник полусферических волн с частотой колебаний, равной частоте колебаний исходной волны. Касательная к этим сферическим волнам (их называют вторичными волнами) представляет собой новый фронт волны в следующий момент времени (см. c).
Так как направление распространения волны перпендикулярно фронту волны, можно определить луч - это направление распространения волны в любой последующий момент времени.
• Луч - это нормаль, проведенная к фронту волны в данной точке.
Таким образом, дифракция объясняется с позиций принципа Гюйгенса следующим образом: представим, что на пути волны есть препятствие с щелью, перпендикулярное фронту волны. Вторичные полусферические волны, образованные в точках щели, когда волна доходит до препятствия, проникают за края препятствия - происходит явление дифракции. Но принцип Гюйгенса дал возможность решить проблемы, только связанные с направлением распространения фронта волны, он не смог объяснить изменение амплитуды, а значит, интенсивности распространяющейся по всем направлениям волны. Эта проблема была решена французским физиком Огюстеном Френелем (1788—1827) в 1819 году, определившим и объяснившим дифракцию света.
Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Согласно Френелю, развившему принцип Гюйгенса, все точки фронта волны являются источниками когерентных вторичных волн (S1 S2, S'1, S'2 и т. д.). Поэтому дифракция света является результатом интерференции - сложения в произвольной точке М когерентных волн, идущих из этих когерентных источников (d).
• Дифракция света - явление отклонения от закона прямолинейного распространения света при прохождении вблизи препятствий и попадания в зону геометрической тени. Принцип Гюйгенса, дополненный Френелем принципом интерференции, называется принципом Гюйгенса-Френеля.
Этот (обобщенный) принцип позволил объяснить дифракцию количественно. Длина световой волны очень мала, поэтому дифракция света наблюдается при прохождении света сквозь щели очень малого размера или у края предметов. Поэтому для наблюдения и количественного исследования дифракции света используют специальное устройство, называемое дифракционной решеткой (e).