Коротка теорія і метод вимірювань

Через світло людина сприймає 90% інформації. У кольоровому сприйняті зображень особливу роль відіграють колбочки. Три типи колбочок забезпечують сприйняття синього, зеленого і червоного світла, а також всіх інших кольорів як їх комбінацію. У людей порушення сприйняття кольору (дальтонізм) пов’язане з недостатньою активністю будь-яких груп колбочок.

Світло є одним з найважливіших факторів, які впливають на тварин. Крім енергетичних, часових параметрів освітлення особливу роль відіграють спектральні характеристики світла. Світло червоної ділянки спектра зумовлює підвищення подразливості тварин, фіолетової - сприяє підвищенню продуктивності, синьої - впливає на процеси відкладання сала у свиней, зеленої - підвищує вміст гемоглобіну у крові.

Біле світло розкладається на спектр за допомогою дифракційної гратки. Цією властивістю дифракційних граток користуються при спектральних дослідженнях.

Дифракцією світла називається відхилення світлових хвиль від прямолінійного поширення, не викликане відбиванням або заломленням променів світла. Дифракція світла присутня завжди там і тоді, коли відбувається обмеження світлового фронту хвилі. Спостерігати її найлегше при проходженні світла через малі отвори або біля малих непрозорих перепон. Для одержання дифракційних спектрів виготовляють так звані дифракційні решітки (гратки), які являють собою сукупність паралельних, близько розміщених одна від одної щілин або відбиваючих смужок. Існує кілька способів виготовлення дифракційних граток. В одному з них скляну пластинку покривають тонким непрозорим шаром м’якого металлу (Al, Ag) і надтонким кістяним різцем за допомогою ділильної машини продряпують в шарі вузькі шпарини (50-1200 шпарин на 1 мм довжини). В іншому способі подряпини наносять на поверхню прозорої тонкої плівки, а проміжки між подряпинами служать щілинами. Існують відбивальні гратки у вигляді металічних дзеркал з нанесеними на них штрихами.

Розрахунок дифракційної картини робиться згідно з принципом Гюйгенса-Френеля та принципом Юнга для інтерференції світлових променів. Згідно з вказаними принципами, кожну точку хвильового фронту можна розглядати як точкове джерело вторинних сферичних хвиль, між якими відбувається накладання – інтерференція. Визначаючи результат інтерференції хвиль від усіх точок фронту, вдається пояснити всі закономірності дифракції світла.

При падінні паралельного пучка променів (рис. 1) на дифракційну гратку плоский фронт світлової хвилі АВ проходить через всі щілини в одній

фазі. В деяку точку екрана під кутом φ до початкового напрямку йдуть промені, що інтерферують.
Між двома променями (1 і 2) від сусідніх щілин в даному напрямку виникає різниця ходу променів Δ

 

Δ = b sin (φ), (1)

 

де b = a + a΄ - називається сталою гратки і визначається числом щілин n на одиницю довжини гратки

 

b = 1/ n (2)

 

Промені від сусідніх щілин (отже і від усіх щілин) дають максимум інтерференції при різниці ходу у ціле число довжин хвиль λ

 

Δ = k λ, k = 0,1,2 … (3)

 

Поєднуючи формули (1) та (3), виведемо:

 

λ = , (4)

 

Умову мінімуму інтерференції одержуємо при різниці ходу у напівціле число довжин хвиль

 

Δ = (k + 1/2) λ (5)

 

При падінні на гратку монохроматичного (однокольорового) світла на екрані виникають однокольорові смуги. Біле світло утворює на екрані різнокольорові смуги (рис. 2), тому що умови максимуму для різних довжин хвиль задовольняються при різних кутах φ: на екрані біле світло розкладається на спектр першого (k=1), другого (k=2), третього і т.д. порядків. Цією властивістю дифракційних граток користуються при спектральних дослідженнях.

Дифракційні спектри одержують не гірші за дисперсійні, а прилади з добрими дифракційними гратками мають переваги перед призматичними.

В данній роботі дифракційна гратка застосовується для визначення довжин хвиль червоного, зеленого та фіолетового променів при використанні співвідношення (1) для максимуму інтерференції (3). Для визначення довжини хвилі використовуються чітко видимі спектри першого та другого порядків. При цьому вимірюються кути φ і за (4), при відомому b обчислюється довжини хвиль λ. При вимірюванні світло від джерела пропускається через коліматор – пристрій для одержання вузького пучка паралельних променів. Пучок променів падає на дифракційну гратку і зазнає дифракції. Повертаючи зорову трубу праворуч-ліворуч, відшукують напрямки, у яких досліджувані промені утворюють інтерференційні максимуми. Для точного відліку кутів застосовується градусна шкала з ноніусом, що дає можливість вимірювати кути з точністю до 6 кутових хвилин.