Difrakcija svetlosti je “savijanje” svetlosti na otvoru, prepreci ili oštroj ivici. Na otvorima reda veličine talasne dužine, difrakcija kreira specifičnu interferencionu sliku.
Odstupanje svetlosti od pravolinijskog kretanja
Video čas
Kada posmatramo kretanje čvrstih tela, očekujemo da se ona kreću pravolinijski sve dok na njih ne deluje neka sila. To je u skladu sa prvim Njutnovim zakonom – zakonom inercije. Međutim, svetlost se ne ponaša uvek tako jednostavno. Kada svetlosni talas naiđe na prepreku ili mali otvor, primećujemo da se širi i u oblasti koje nisu direktno iza otvora. Ova pojava naziva se difrakcija.
2. Hajgensov princip
Hajgensov princip, koji potiče iz XVII veka, objašnjava prostiranje talasa. On kaže:
Svaka tačka talasnog fronta postaje izvor novih sfernih talasa, koji se šire u svim pravcima.
Ako je izvor talasa veoma daleko, talasni front je ravan. Kada talas naiđe na prepreku ili otvor, svaka tačka tog fronta emituje sekundarne talase. Kombinovanjem tih talasa nastaje novi talasni front.
3. Difrakcija na otvoru
Difrakcija je naročito uočljiva kada dimenzije otvora budu reda veličine talasne dužine svetlosti. Ako svetlost prolazi kroz mali otvor, na ekranu iza otvora ne vidimo samo osvetljenu oblast direktno iza njega, već i karakterističnu difrakcionu sliku – naizmenične svetle i tamne zone.
Zašto se to dešava? Talasi koji prolaze kroz otvor menjaju pravac prostiranja pod različitim uglovima. Kada se ti talasi međusobno kombinuju, dolazi do interferencije – konstruktivne (pojačavanje) i destruktivne (poništavanje).
4. Uslov za minimum i maksimum
Razmotrimo otvor širine ( d ). Svetlost talasne dužine ( $\lambda$ ) prolazi kroz otvor i pada na udaljeni ekran. Ako zraci menjaju pravac za ugao ( $\theta$ ), putna razlika između najgornjeg i najdonjeg zraka određuje interferenciju.
Uslov za minimum (tamne zone) je:
$ d \sin \theta = \pm n \lambda, \quad n = 1, 2, 3, \dots $
gde je:
- ( d ) – širina otvora,
- ($ \lambda $) – talasna dužina svetlosti,
- ( $\theta $) – ugao skretanja,
- ( n ) – red minimuma.
Centralni maksimum nastaje kada je putna razlika nula, a zatim se smenjuju minimumi i sekundarni maksimumi.
5. Difrakciona slika
Na ekranu se formira obrazac: u centru je glavni maksimum, a sa obe strane se nalaze tamne i svetle zone. Što je otvor manji, difrakcija je izraženija. Ako otvor postane veoma mali, svetlost se širi gotovo u svim pravcima.
Difrakcija nije svojstvena samo svetlosti – javlja se kod svih talasa: zvučnih, vodnih, pa čak i kod talasa materije.
6. Zaključak
Hajgensov princip nam pomaže da razumemo zašto talasi ne putuju samo pravolinijski, već se šire i iza prepreka. Difrakcija je posledica talasne prirode svetlosti i interferencije sekundarnih talasa. Ovaj fenomen je ključan za razumevanje optike i talasnih pojava.