Может вам приходилось наблюдать, что происходит, когда смотришь на отдаленный источник света сквозь кусочек ткани: видели дифракцию света. Это явление основано на том, что свет, проходя через щель, отклоняется и входит в полосу геометрической тени (рис. 1). Иными словами. он попадает туда, куда бы никогда не проник, если бы распространялся прямолинейно (пунктирные линии на рисунке). Вы вероятно, запомнили, что наблюдаемая вами картина отличалась От обычной. Она была больше (размазана), состояла из множества полосок, а каждая из них Походила на миниатюрную радугу.

Помните? Чтобы узнать, как это происходит, вы исследовали сначала эффекты, сопровождающие проникновение света через одно отверстие — через узкую щель, ширина которой произвольно менялась. Сквозь нее вы смотрели на волосок горящей электрической лампочки и видели его расплывчатыми, а возле волоска — симметрично с двух сторон — параллельные и радужные “сателлиты”.

А теперь давайте вместе разберемся, что происходит в щели, до которой дошел свет. Договоримся: не зная пока природу света будем его рассмаправления усиления волн, у которых разница путей составляет одну, две. три и т.д. длины волны (благодаря этому, вы видите полоски I, II, III и следующих рядов). Направления различны для волн разной длины, из-за чего все линии не нулевого ряда — миниатюрные радуги.

Какую же роль играет в происходящем ширина щели? По мере ее уменьшения уменьшается расстояние между самыми отдаленными источниками элементарных волн. Увеличивается угол между направлением к нулевой полоске и направлением к полоске I ряда. Проверьте это: нари-суйте еще раз рис.3 уменьшая расстояния между источниками света.
Чем уже щель, тем дальше от нулевой линии расположены радужные “сателлиты”. Когда щель становится сбвсем узкой, боковые “сателлиты” вообще-могут исчезнуть из поля на шего зрения. Конечно,, вы догадались, что образ волоска в горящей лампочке (или свечке), на который вы смотрите сквозь две параллельные щели имеет одну центральную полосу, а по обеим ее сторонам расположены радужные линии других рядов. Убедимся на простом опыте. Возьмем свечу, кусочек чистого плоского стекла и два лезвия бритвы. Лезвия могут быть даже старые, только не сломанные.

Подержите стекло над пламенем свечи, пока оно не покроется ровным не слишком толстым слоем копоти. Сложенными вместе лезвиями прочертите на закопченном стекле две параллельные линии. Расстояние между ними составит примерно 0,1 мм (толщина лезвия бритвы). Теперь посмотрите сквозь шель на пламя свечи или на волосок электрической лампочки, отойдя на несколько метров (чем дальше, тем выразительнее эффекты наблюдений). Вы увидите не один, а несколько образов наблюдаемого источника света. Рассмотрев их внимательно, придете к выводу: эффекты дифракции и интерференции при большом расстоянии между щелями будут мало заметны. А что, если к двум щелям прибавить еще одну? Какую роль сыграет третья щель?

Представьте, что на две первые щели вы смотрите в направлении усиления волн, идущих от них. Это означает, что разница путей волн, идущих от первых двух щелей до места встречи, равна кратной длины волны. Так как расстояние между щелями очень мало по сравнению с расстоянием от наблюдаемого объекта до места наблюдения полосок, направления волн, идущих от этих двух щелей мы можем принять за параллельные. Параллельно им будет идти волна и от третьей щели (рис. 4) до места встречи. Знания геометрии помогут вам доказать, что при таких данных разница путей третьей и второй волн (Д 5з, г) равна разнице путей второй и первой волны (Д 8г, )). А поскольку последняя кратна длине волны, значит и первая должна равняться той же самой кратной. Иначе говоря, если волны, идущие от щели 1 и 2. при встрече имеют одинаковую фазу, в такой же фазе будет вблна, идущая от третьей щели. Третья щель как бы помогает двум первым. Подобная роль и у всех последующих.

Опыт гораздо эффективнее будет выглядеть, если мы проведем его с помощью многих параллельных и равноотстоящих узких щелей. Подобные структуры узких щелей физики называют дифракционными решетками, устройство которых довольно сложно. Но упрощенную дифракционную решетку каждый может сделать сам, чтобы увидеть интересные световые эффекты.

Посмотрите сквозь решетку на все, что вас окружает, в особенности — на источники света, например, на газ в конфорке. Для наглядности опыта положите туда кусочек медной проволоки или насыпьте немного соли. Проследите, что происходит с дифракционными полосками по мере поворота решетки на небольшой угол вокруг оси, перпендикулярной направлению наблюдаемого предмета, но параллельной щелям. Почему полоски меняют положение?
Еще один интересный объект наблюдения — картина волоска горящей электрической лампочки, видимая на записи долгоиграющей пластинки. Откуда тут берутся эффекты, похожие на те, которые видим, глядя на волосок горящей лампочки через дифракционную решетку? Как вы думаете?

ЗБИГНБВ ПЛОХОЦКИЙ
Журнал “Горизонты техники для детей” №8-85г.