Antik çağlardan beri insanlar, önlerine bir engel çıktığında ışık ışınlarının saptığını fark etmişlerdir. Suya çarptığında ışığın ne kadar bozulduğuna dikkat edebilirsiniz: ışın, ışık kırınım etkisi adı verilen etki nedeniyle "kırılır". Işığın kırınımı, ışığın bükülmesi veya bozulmasıdır. Çeşitli faktörler kapatmak.
Benzer bir olgunun işleyişi Christian Huygens tarafından anlatılmıştır. Su yüzeyindeki ışık dalgalarıyla yaptığı belirli sayıda deneyden sonra bilime bu olaya yeni bir açıklama getirdi ve buna "dalga cephesi" adını verdi. Böylece Christian, bir ışık ışınının başka tür bir yüzeye çarptığında nasıl davranacağını anlamayı mümkün kıldı.
Prensibi aşağıdaki gibidir:
Zamanın belirli bir noktasında görünen yüzey noktaları ikincil unsurların nedeni olabilir. İkincil dalgaların tümüne dokunan alan, sonraki zaman dilimlerinde dalga küresi olarak kabul edilir.
Tüm unsurların ikincil dalgalar olarak adlandırılan küresel dalgaların başlangıcı olarak değerlendirilmesi gerektiğini açıkladı. Christian, dalga cephesinin aslında bu temas noktalarının bir toplamı olduğunu, dolayısıyla tüm ilkesinin bundan oluştuğunu belirtti. Ayrıca ikincil elemanların şekli küresel görünmektedir.
Bunu hatırlamakta fayda var dalga cephesi - Bunlar titreşimlerin zamanın belli bir noktasında ulaştığı geometrik anlam taşıyan noktalardır.
Huygens'in ikincil elemanları gerçek dalgalar olarak temsil edilmez, yalnızca hesaplama için değil, yalnızca yaklaşık yapı için kullanılan küre şeklindeki ek elemanlar temsil edilir. Bu nedenle, ikincil elementlerden oluşan bu küreler, doğası gereği yalnızca yeni bir dalga cephesinin oluşmasına izin veren bir sarma etkisine sahiptir. Bu prensip, ışık kırınımı işini iyi açıklar, ancak yalnızca ön tarafın yönü problemini çözer ve dalgaların genliğinin, yoğunluğunun, dalgaların püskürmesinin ve ters hareketinin nereden geldiğini açıklamaz. Fresnel, bu eksiklikleri gidermek ve çalışmalarına fiziksel anlam katmak için Huygens ilkesini kullandı. Bir süre sonra bilim adamı, bilim camiasının tamamen desteklediği çalışmasını sundu.
Newton'un zamanında fizikçilerin bir fikri vardı. ışık kırınımı çalışması hakkında ancak teknolojinin küçük yetenekleri ve bu fenomen hakkındaki bilgi nedeniyle bazı noktalar onlar için bir sır olarak kaldı. Bu nedenle kırınımı ışığın parçacık teorisine dayanarak tanımlamak imkansızdı.
Bağımsız olarak iki bilim adamı bu teorinin niteliksel bir açıklamasını geliştirdi. Orijinal teori yalnızca matematiksel bir bakış açısıyla sunulduğundan, Fransız fizikçi Fresnel, Huygens ilkesine fiziksel bir anlam ekleme görevini üstlendi. Böylece Fresnel'in çalışmaları sayesinde optiğin geometrik anlamı değişti.
Değişiklikler temelde şöyle görünüyordu- Fresnel fiziksel yöntemlerle ikincil dalgaların gözlem noktalarına müdahale ettiğini kanıtladı. Işık, ikincil elemanların kuvvetinin girişimle çarpıldığı uzayın her yerinde görülebilir: böylece bir kararma fark edilirse, dalgaların etkileşime girdiği ve birbirinin etkisi altında iptal edildiği varsayılabilir. İkincil dalgalar benzer tür, durum ve faza sahip bir alana düşerse güçlü bir ışık patlaması fark edilir.
Böylece neden geriye doğru bir dalganın olmadığı da netleşiyor. Böylece, ikincil dalga uzaya geri döndüğünde doğrudan dalga ile etkileşime girer ve karşılıklı iptal yoluyla uzayın sakin olduğu ortaya çıkar.
Fresnel bölgesi yöntemi
Huygens-Fresnel prensibi net bir fikir veriyor ışığın olası yayılımı hakkında. Yukarıdaki yöntemlerin uygulanması, yeni ve yeni yöntemlerin kullanılmasına izin veren Fresnel bölgesi yöntemi olarak bilinmeye başlandı. olağanüstü yollar genlik bulma ile ilgili problemlerin çözümü. Böylece, bütünleştirmeyi bilim camiasında çok olumlu karşılanan toplamayla değiştirdi.
Huygens-Fresnel prensibi, bazı önemli fiziksel elemanların nasıl çalıştığına (örneğin ışık kırınımının nasıl çalıştığına) ilişkin sorulara net yanıtlar verir. Sorun çözümü ancak sayesinde mümkün oldu Detaylı Açıklama bu fenomenin eseri.
Fresnel ve bölge yöntemi tarafından sunulan hesaplamaların kendisi zor iş Ancak bilim insanının elde ettiği formül bu süreci biraz daha kolaylaştırarak bulmayı mümkün kılıyor. kesin genlik değeri. Erken prensip Huygens bunu yapabilecek durumda değildi.
Bölgede daha sonra bir salınım noktası olarak hizmet edebilecek bir salınım noktasının tespit edilmesi gereklidir. önemli unsur formülde. Alan bir küre şeklinde sunulacaktır, böylece bölge yöntemini kullanarak halka bölümlerine bölünebilir, bu da her bölgenin kenarlarından olan mesafeleri doğru bir şekilde belirlemenize olanak tanır. Bu bölgelerden geçen noktalar farklı titreşimlere sahiptir ve buna bağlı olarak genlik farkı ortaya çıkar. Genlikte monoton bir azalma olması durumunda, çeşitli formüller sunulabilir:
- Bir res = A 1 – A 2 + A 3 – A 4 +…
- A 1 > A 2 > A 3 > A m >…> A ∞
Şunu unutmamak gerekir ki oldukça çok sayıda bu tür bir problemin çözümünü etkileyen diğer fiziksel unsurlar da aranmalı ve dikkate alınmalıdır.
Dalga teorisi çerçevesinde Huygens-Fresnel ilkesinin şu soruya cevap vermesi gerekiyordu: doğrusal yayılma Sveta. Fresnel bu sorunu ikincil dalgaların karşılıklı girişimini dikkate alarak ve adı verilen bir teknik kullanarak çözdü. Fresnel bölgesi yöntemi.
Rastgele bir noktada bulalım M bir nokta kaynaktan homojen bir ortamda yayılan ışık dalgasının genliği S(Şekil 257). Huygens-Fresnel ilkesine göre kaynağın eylemini değiştiriyoruz S gelen dalga cephesinin yüzeyi olan yardımcı yüzey Ф üzerinde bulunan hayali kaynakların etkisiyle S(merkezli bir kürenin yüzeyi S). Fresnel, Ф dalga yüzeyini, bölgenin kenarlarından M farklıydı ben/2, yani R 1 BAY 0 M = P 2 BAY 1 M = P 3 BAY 2 M = ... = ben/2. Dalga cephesinin bölgelere benzer bir şekilde bölünmesi, noktadaki merkezin çizilmesiyle yapılabilir. M yarıçaplı küreler B + , B + 2 , b+ 3 , ... . Komşu bölgelerden gelen salınımlar noktaya doğru gittiğinden M mesafeler farklılık gösteriyor ben/2, o zaman asıl noktaya M Zıt aşamalarda gelirler ve üst üste geldiklerinde bu salınımlar karşılıklı olarak birbirini zayıflatır. Bu nedenle, ortaya çıkan ışık titreşiminin o noktada genliği M
(177.1) nerede A 1 , A 2 , ... - 1., 2., ... tarafından uyarılan salınımların genlikleri, T bölgeler.
Salınım genliklerini tahmin etmek için Fresnel bölgelerinin alanlarını bulalım. Dış sınıra izin ver M- bölge, dalga yüzeyinde küresel bir yükseklik bölümünü tanımlar hm(Şekil 258). Bu segmentin alanını belirten s m, alanı buluyoruz M Fresnel bölgesi D'ye eşittir s m= s m – s m – 1 nerede s m – 1 - tahsis edilen küresel segmentin alanı dış sınır (M– 1)'inci bölge. Şekilden şu sonuç çıkar: (177.2) Temel dönüşümlerden sonra, bunu dikkate alarak ben<<A Ve ben<<B, alıyoruz
(177.3) Küresel bir segmentin alanı ve alanı T Fresnel bölgeleri sırasıyla (177.4)'e eşittir. İfade (177.4) bağlı değildir. T, bu nedenle çok büyük değil T Fresnel bölgelerinin alanları aynıdır. Böylece Fresnel bölgelerinin yapısı, küresel bir dalganın dalga yüzeyini eşit bölgelere ayırır.
Fresnel'in varsayımına göre, bireysel bölgelerin bir noktadaki hareketi M açı ne kadar küçükse o kadar büyük olur j t(Şek. 258) normal arasında N bölgenin yüzeyine ve yönüne doğru M, yani bölgelerin etkisi merkezden itibaren giderek azalır (yaklaşık R 0) çevre birimine. Ayrıca nokta yönündeki radyasyon yoğunluğu M büyümeyle birlikte azalır T ve bölgeden noktaya olan mesafenin artması nedeniyle M. Bu faktörlerin her ikisini de hesaba katarak şunu yazabiliriz: Bir yarım küreye sığan Fresnel bölgelerinin toplam sayısı çok fazladır; örneğin ne zaman a=b= 10 cm ve l=0,5 µm 
Bu nedenle, kabul edilebilir bir yaklaşım olarak, salınımın genliğinin bir m bazılarından M Fresnel bölgesi, kendisine komşu olan bölgelerin genliklerinin aritmetik ortalamasına eşittir; 
(177.5) O halde (177.1) ifadesi (177.5)'e göre parantez içindeki ifadeler sıfıra eşit olduğundan ve son bölgenin genliğinin geri kalan kısmı ± olduğundan (177.6) şeklinde yazılabilir. bir m/2 ihmal edilebilir. Böylece, keyfi bir noktada ortaya çıkan salınımların genliği M sanki merkezi Fresnel bölgesinin sadece yarısının hareketi ile belirleniyor. Sonuç olarak, tüm dalga yüzeyinin nokta üzerindeki hareketi M merkezi bölgeden daha küçük olan küçük alanının hareketine iner. Eğer (177.2) ifadesinde parçanın yüksekliğinin olduğunu varsayarsak H<<A(çok büyük değilse T), Daha sonra . Burada (177.3) değerini değiştirerek dış sınırın yarıçapını buluruz T Fresnel bölgesi: 
(177.7)
Şu tarihte: A=b= 10 cm ve ben=İlk (merkezi) bölgenin 0,5 µm yarıçapı R 1 = 0,158 mm. Bu nedenle ışığın yayılması Sİle M sanki ışık akısı çok dar bir kanal içinde yayılıyormuş gibi SM, onlar. basit. Böylece Huygens-Fresnel ilkesi, ışığın homojen bir ortamda doğrusal yayılımını açıklamamıza olanak tanır.
Dalga cephesini Fresnel bölgelerine bölmenin geçerliliği deneysel olarak doğrulanmıştır. Bu amaçla kullanılırlar bölge plakaları- en basit durumda, Fresnel bölgelerinin düzenlenmesi ilkesine göre inşa edilmiş, yani yarıçaplı, şeffaf ve opak eşmerkezli halkalardan oluşan bir sistemden oluşan cam plakalar rm Verilen değerler için ifade (177.7) ile tanımlanan Fresnel bölgeleri a, b ve ben ( T= 0, 2, 4,... şeffaf ve T= 1, 3, 5,... opak halkalar için). Bölge plakasını kesin olarak tanımlanmış bir yere (uzak bir mesafeye) yerleştirirseniz A bir nokta kaynaktan ve belli bir mesafeden B Bu iki noktayı birleştiren çizgideki gözlem noktasından itibaren), l dalga boyuna sahip ışık için merkezden başlayarak çift bölgeleri bloke edecek ve tek bölgeleri serbest bırakacaktır. Sonuç olarak elde edilen genlik A=A 1 +Bir 3 +Bir 5 +... tamamen açık dalga cephesinden daha büyük olmalıdır. Deneyimler bu sonuçları doğrulamaktadır: bölge plakası noktadaki aydınlatmayı arttırır M, yakınsak bir mercek gibi davranır.
İlgili bilgi.
Fresnel bölgeleri Işığın kırınımının (bkz. Işığın Kırınımı) (veya sesin) sonuçlarını hesaplamak için bir ışık (veya ses) dalgasının yüzeyinin bölünebileceği alanlar. Bu yöntem ilk kez 1815-19'da O. Fresnel tarafından kullanıldı. Yöntemin özü şudur. Aydınlık noktadan Q ( pirinç.
) küresel bir dalga yayılıyor ve bu noktada neden olduğu dalga sürecinin özelliklerini belirlemek gerekiyor R. S dalgasının yüzeyini dairesel bölgelere ayıralım; Bunu yapmak için noktadan çizelim R yarıçaplı küreler P.O., Pa.=PO+λ/2; kurşun = Pa+λ/2 , bilgisayar= Pb+λ / 2, (O, dalga yüzeyinin PQ çizgisi ile kesişme noktasıdır; λ, ışığın dalga boyudur). Dalga yüzeyinin bu küreler tarafından "kesilen" halka şeklindeki bölümlerine bir noktada Z.F. Dalga süreci denir. R bu noktada her ZF'nin ayrı ayrı neden olduğu salınımların eklenmesi sonucu düşünülebilir. Bu tür salınımların genliği, bölge sayısı (O noktasından ölçülen) arttıkça ve bölgede meydana gelen salınımların fazı arttıkça yavaş yavaş azalır. R bitişik bölgeler zıttır. Bu nedenle gelen dalgalar R iki bitişik bölgenin etkisi birbirini iptal eder ve birini takip eden bölgelerin etkisi toplanır. Dalga engellerle karşılaşmadan yayılırsa, hesaplamaların gösterdiği gibi, hareketi (tüm Z.F.'nin etkilerinin toplamı) ilk bölgenin yarısının hareketine eşdeğerdir. Şeffaf eşmerkezli bölümleri olan bir ekran kullanarak dalganın karşılık gelen kısımlarını seçersek, örneğin: N Tek Fresnel bölgeleri varsa, seçilen tüm bölgelerin hareketi toplanacak ve salınımların genliği artacaktır. sen bu noktada tuhaf R artacak 2N kez ve ışık yoğunluğu 4'tür N 2 zamanlar ve çevredeki noktalardaki aydınlatma R, azalacak. Aynı durum yalnızca çift bölgeleri seçerken de olacaktır, ancak toplam dalganın fazı sen eşit
tam tersi işarete sahip olacaktır. Bu tür bölge ekranları (Fresnel lensleri olarak adlandırılır) yalnızca optikte değil, aynı zamanda akustik ve radyo mühendisliğinde de - lens boyutları çok büyük olmadığında (santimetre radyo dalgaları, ultrasonik dalgalar) oldukça kısa dalga boyları bölgesinde kullanılır. ZF yöntemi, yayılmalarının çeşitli karmaşık koşulları altında dalga kırınımının sonucuna ilişkin niteliksel ve bazen oldukça doğru bir niceliksel fikri hızlı ve net bir şekilde oluşturmanıza olanak tanır. Bu nedenle sadece optikte değil, aynı zamanda radyo ve ses dalgalarının yayılımı çalışmalarında da vericiden alıcıya giden "ışın"ın etkili yolunu belirlemek için kullanılır; kırınım olgusunun belirli koşullar altında bir rol oynayıp oynamayacağını belirlemek; Radyasyonun yönü, dalga odaklanması vb. konularda rehberlik için.
Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. 1969-1978 .
Diğer sözlüklerde “Fresnel bölgelerinin” ne olduğuna bakın:
Sağda belirli bir noktada dalganın genliğini belirlerken hesaplamaları basitleştirmek için ışık dalgası cephesinin yüzeyinin bölündüğü bölümler. Huygens Fresnel'e göre dalga kırınımı problemleri dikkate alınırken Z. F. yöntemi kullanılır... ... Fiziksel ansiklopedi
FRESNEL- (1) küresel bir ışık dalgasının kırınımı (bkz.), olay yüzeyinin ve kırılan (veya yalnızca kırılan) dalgaların eğriliğinin ihmal edilemeyeceği göz önüne alındığında. Yuvarlak opak bir diskten gelen kırınım modelinin merkezinde her zaman... ... Büyük Politeknik Ansiklopedisi
Kırınım dalgaları dikkate alındığında dalga yüzeyinin bölündüğü alanlar (Huygens Fresnel ilkesi). Fresnel bölgeleri, sonraki her bölgenin gözlem noktasından uzaklığı dalga boyunun yarısından daha büyük olacak şekilde seçilir... ...
Kırınım küresel Homojen olmayan bir ışık dalgası (örneğin, ekrandaki bir delik) üzerinde, b sürüsünün boyutu ilk Fresnel bölgesinin çapıyla karşılaştırılabilir mi?(z?): b=?(z?) (yaklaşan ışınlarda kırınım) ), burada z, gözlem noktasının ekrana olan mesafesidir. İsim Fransızların şerefine... Fiziksel ansiklopedi
Dalga kırınımı dikkate alındığında dalga yüzeyinin bölündüğü alanlar (Huygens Fresnel ilkesi). Fresnel bölgeleri, sonraki her bölgenin gözlem noktasına olan mesafesi, dalga boyunun yarısı mesafeden daha büyük olacak şekilde seçilir... ansiklopedik sözlük
Küresel bir ışık dalgasının, boyutu Fresnel bölgelerinden birinin çapıyla karşılaştırılabilir olan bir homojensizlik (örneğin bir delik) tarafından kırınması (bkz. Fresnel bölgeleri). Bu isim, bu tür kırınım üzerinde çalışan O. J. Fresnel'in onuruna verilmiştir (bkz. Fresnel).... ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi
Uzayda belirli bir noktada dalga genliğini belirlerken hesaplamaları basitleştirmek için ışık dalgası cephesinin yüzeyinin bölündüğü alanlar. Yöntem F.z. Huygens'e göre dalga kırınımı problemlerini değerlendirirken kullanılır... ... Fiziksel ansiklopedi
Küresel bir elektromanyetik dalganın, boyutu b'nin Fresnel bölgesinin boyutuyla karşılaştırılabilir olduğu bir ekrandaki bir delik gibi bir homojensizlik nedeniyle kırınımı, yani burada z, gözlem noktasının ekrandan uzaklığıdır, ? ? dalga boyu. Adını O. J. Fresnel'den alıyor... Büyük Ansiklopedik Sözlük
Küresel bir elektromanyetik dalganın homojen olmayan bir durumla kırınımı, örneğin bir ekrandaki bir delik; boyutu b, Fresnel bölgesinin boyutuyla karşılaştırılabilir, yani burada z, gözlem noktasının ekrandan uzaklığıdır, λ dalga boyudur. Adını O. J. Fresnel'den alıyor... ansiklopedik sözlük
Dalga kırınımı dikkate alındığında dalga yüzeyinin bölündüğü alanlar (Huygens Fresnel ilkesi). F.z. her iz silinecek şekilde seçilir. gözlem noktasından gelen bölge, bir öncekine olan mesafeden dalga boyunun yarısı kadar daha büyüktü... ... Doğal bilim. ansiklopedik sözlük
Yükleniyor...
