Poissons plats

Arago-Poisson- fläck (ibland bara Poisson-fläck ) är en ljus fläck som visas bakom en ogenomskinlig kropp, upplyst av en riktad ljusstråle, i dess område av geometrisk skugga .

Detta fenomen har blivit en av de starkaste bekräftelserna på vågteorin om ljus. Förekomsten av denna plats visades teoretiskt 1818 av Simeon Denis Poisson på grundval av den teori som föreslagits av Augustin Fresnel . Det visade sig att bakom en stor rund ogenomskinlig kropp, precis i mitten av dess geometriska skugga, skulle en liten ljus fläck dyka upp. Poisson ville använda den uppenbara absurditeten i detta resultat som huvudargumentet mot Fresnels teori om diffraktion , men Dominique Arago satte upp ett experiment som bekräftade denna förutsägelse. Som ett resultat visade sig detta resultat, som blev känt som Arago-Poisson-fläcken, vara ett tungt vägande argument till förmån för teorin om nya vågor.

Förklaringar av effekten

Elementär

Förekomsten av Arago-Poisson-fläcken är lätt att förklara utifrån Huygens-Fresnel-principen . Antag att en plan våg infaller på en rund ogenomskinlig skiva parallell med skivans axel. Enligt Huygens-Fresnel-principen kan punkter på kanten av skivan betraktas som källor till sekundära vågor, och alla kommer att vara koherenta . Alla dessa vågor kommer att färdas på samma avstånd från skivans kant till vilken punkt som helst på dess axel. Som ett resultat kommer de till denna punkt i samma fas och intensifieras , vilket skapar en ljuspunkt. Det bör noteras att på tillräckligt stora avstånd från skivan blir det omöjligt att observera platsen på grund av den rumsliga dekoherensen hos de inkommande vågorna.

Spridningsteori

Förekomsten av Arago-Poisson-fläcken kan delvis förklaras utifrån den allmänna teorin om spridning . Det totala tvärsnittet av ljusspridningen av ett hinder och den (komplexa) spridningsamplituden hänger samman med relationen $\sigma _{\text{tot))$ $f$

\mathrm {f(\mathbf {n} ,\mathbf {n} )} ={\frac {k}{4\pi }}\sigma _{\text{tot)),

kallas den optiska satsen . Här är riktningen för den infallande strålen. På grund av kontinuiteten hos spridningsamplituden som en funktion av spridningsriktningen, följer det att det differentiella framåtspridningstvärsnittet $\mathbf {n}$

d\sigma _{\text{fw}}=|f(\mathbf {n} ,\mathbf {n} )|^{2}\,do

skiljer sig från noll, vilket motsvarar en ljus punkt bakom kroppen. Vi noterar att denna förklaring inte är helt korrekt, eftersom beskrivningen av ljus med hjälp av spridningsamplituden och tvärsnittet är möjlig endast på ett avstånd som är stort jämfört med kroppens dimensioner, men på sådana avstånd blir det viktigt att ta hänsyn till koherensen av vågorna, och dessutom blir det omöjligt att exakt jämföra dimensionerna av den geometriska skuggan av kroppen och motsvarande ljuspunkt.

Skapa akustiska hägringar

Poisson-fläckeffekten kan visa sig inte bara i optik, utan också i akustik . Ett exempel på en sådan manifestation är skapandet av akustiska hägringar [1] . Kärnan i effekten ligger i det faktum att för ljudfrekvenser i storleksordningen 1-4 kHz är ljudvåglängden jämförbar med storleken på ett mänskligt huvud. Därför är det möjligt att skapa en situation där källan ligger på ena sidan av huvudet, och den maximala intensiteten på grund av Poisson-fläckeffekten inträffar nära den andra sidan. Därför verkar det för en person som ljudet kommer från fel sida - en hägring uppstår. För att observera effekten behövs speciella förhållanden, och i verkligheten observeras det sällan.

Anteckningar

↑ Bertram Schwarzschild. Den vilseledande akustiska ljuspunkten (eng.) (inte tillgänglig länk) . Fysik idag (01.02.2010). Datum för åtkomst: 2 februari 2010. Arkiverad från originalet den 27 mars 2012.

Litteratur

Sivukhin DV Allmän kurs i fysik. — M. . - T. IV. Optik.