Locul lui Poisson

Pata Arago-Poisson (uneori doar punct Poisson ) este un punct luminos care apare în spatele unui corp opac, iluminat de un fascicul de lumină direcționat, în regiunea sa de umbră geometrică .

Acest fenomen a devenit una dintre cele mai puternice confirmări ale teoriei ondulatorii a luminii. Existenta acestui spot a fost demonstrata teoretic in 1818 de Simeon Denis Poisson pe baza teoriei propuse de Augustin Fresnel . S-a dovedit că în spatele unui corp opac rotund mare, chiar în mijlocul umbrei sale geometrice, ar trebui să apară un mic punct luminos. Poisson a vrut să folosească absurditatea evidentă a acestui rezultat ca principal argument împotriva teoriei lui Fresnel a difracției , dar Dominique Arago a pus la punct un experiment care a confirmat această predicție. Drept urmare, acest rezultat, care a devenit cunoscut sub numele de spotul Arago-Poisson, s-a dovedit a fi un argument serios în favoarea teoriei noului val.

Explicații ale efectului

Elementare

Existența spotului Arago-Poisson este ușor de explicat pe baza principiului Huygens-Fresnel . Să presupunem că o undă plană este incidentă pe un disc rotund opac paralel cu axa discului. Conform principiului Huygens-Fresnel, punctele de pe marginea discului pot fi considerate surse de unde secundare, iar toate acestea vor fi coerente . Toate aceste unde vor călători la aceeași distanță de la marginea discului până la orice punct de pe axa acestuia. Ca urmare, ele vor ajunge în acest punct în aceeași fază și se vor intensifica , creând un punct luminos. Trebuie remarcat faptul că, la distanțe suficient de mari de disc, devine imposibilă observarea locului, din cauza decoerenței spațiale a undelor de intrare.

Teoria dispersării

Existența spotului Arago-Poisson poate fi parțial explicată pe baza teoriei generale a împrăștierii . Secțiunea transversală totală a împrăștierii luminii de către un obstacol și amplitudinea (complexă) de împrăștiere sunt legate de relația $\sigma _{\text {tot}}$ $f$

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

numită teorema optică . Aici este direcția fasciculului incident. Prin urmare, datorită continuității amplitudinii de împrăștiere în funcție de direcția de împrăștiere, rezultă că secțiunea transversală diferențială de împrăștiere înainte $\mathbf {n}$

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

diferit de zero, care corespunde unui punct luminos în spatele corpului. Remarcăm că această explicație nu este în întregime exactă, deoarece descrierea luminii folosind amplitudinea și secțiunea transversală de împrăștiere este posibilă numai la o distanță mare în comparație cu dimensiunile corpului, dar la astfel de distanțe devine important să se țină cont de coerență. a valurilor și, în plus, devine imposibilă compararea cu precizie a dimensiunilor umbrei geometrice a corpului și a punctului de lumină corespunzător.

Crearea de miraje acustice

Efectul punctului Poisson se poate manifesta nu numai în optică, ci și în acustică . Un exemplu de astfel de manifestare este crearea de miraje acustice [1] . Esența efectului constă în faptul că, pentru frecvențe sonore de ordinul 1-4 kHz , lungimea de undă a sunetului este comparabilă cu dimensiunea unui cap uman. Prin urmare, este posibil să se creeze o situație în care sursa să fie situată pe o parte a capului, iar intensitatea maximă datorată efectului de spot Poisson are loc în apropierea cealaltă parte. Prin urmare, unei persoane i se pare că sunetul vine din partea greșită - apare un miraj. Pentru a observa efectul, sunt necesare condiții speciale, iar în viața reală este rar observat.

Note

↑ Bertram Schwarzschild. Punctul luminos acustic înșelător (ing.) (link indisponibil) . Fizica azi (01.02.2010). Data accesului: 2 februarie 2010. Arhivat din original pe 27 martie 2012.

Literatură

Sivukhin DV Curs general de fizică. — M. . - T. IV. Optica.