¿La difracción desvió esta luz más de 90 grados?

Anteriormente pregunté si la difracción podría desviar la luz más de 90 grados.

pregunta anterior ¿Se puede difractar la luz hacia atrás?

Lambda me dio una respuesta. Clavó una hoja de afeitar en un trozo de madera, lo enfocó con un láser verde y fotografió la luz verde que brillaba desde la hoja de afeitar en un ángulo agudo. Debía de haberse doblado más de noventa grados.

foto de lambda

Esta es la imagen que publicó. Hay un pequeño punto verde brillante en la parte posterior de la hoja de afeitar, visto desde atrás y arriba. Esta luz de alguna manera se ha enrollado alrededor del borde de la hoja.

Lo probé yo mismo. Obtuve un láser barato de Petco y usé una abrazadera en C para mantenerlo encendido y proporcionarle un soporte estable. Introduje una hoja de afeitar de un solo filo en un trozo de madera, la giré a 45 grados y apunté el láser hacia ella para que la hoja de afeitar bloqueara aproximadamente la mitad de la luz del láser. Cuando miré la hoja de afeitar desde un ángulo de más de 90 grados, brilló en rojo en el lugar donde la golpeó el láser.

Mi láser o mi cámara (uno u otro o ambos) no eran lo suficientemente buenos para fotografiarlo, pero pude verlo claramente. Podía ver los puntos rojos en la hoja de afeitar cuando mi cabeza estaba en ángulos extremos y también hacia arriba y hacia abajo desde varios ángulos sesgados. Pude verlos desde al menos 270 grados, la luz que vi claramente iba bastante hacia atrás.

Cuando puse la hoja de afeitar a cierta distancia, parecía que había dos puntos brillantes en los bordes del rayo láser, justo donde parecía ir de brillante a oscuro. Cuando la distancia desde el láser era más corta, se parecía más a cuatro puntos brillantes. Eso podría deberse a que mi láser barato tiene un segundo rayo tenue que hace un círculo de luz descentrado. Tal vez aparece cuando está cerca y se oscurece o se apaga en algún ángulo desde una distancia mayor. Pero cuando giré el láser 90 grados (lo que cambiaría su polarización, asumiendo que está polarizado), parecía que había muchos de puntos brillantes. No estoy seguro. Podría ser algo sobre cómo se afila la navaja.

Traté de poner dos hojas de afeitar en la madera, en ángulo recto con una pequeña distancia entre las hojas en la parte inferior y tocándose en la parte superior. Cuando apunté el láser justo cerca del borde superior, pude ver un patrón de difracción. Entonces, el láser probablemente esté bastante bien. No jugué mucho con eso porque todo tenía que estar alineado correctamente, y no estaba seguro de si las dos navajas de afeitar brillantes podrían hacer reflejos extraños y/o podrían no estar alineados correctamente, lo que podría causar un final extraño. reflexión.

Lo que mostró Lambda es definitivamente real. No estoy seguro de cómo explicarlo. ¿Es realmente difracción? ¿Podría ser algo sobre cómo se muelen las hojas de afeitar, que permite un reflejo especial? ¿O algo mas?

Este es el patrón de difracción esperado si la hoja de afeitar está a 90 grados de la luz.

borde fresnel

Obtenemos un ligero sangrado alrededor del borde, y podría haber algo visible a 45 grados, y tal vez pequeñas cantidades de luz que se extienden casi 90 grados hasta el borde de la pantalla. No mucho.

Con la propia hoja de afeitar a 45 grados es más como esto:

difracción extraña

Hay luz que no golpearía la pantalla en absoluto. Las descripciones simples de la difracción de Fresnel no discuten esta posibilidad.

¿Es esto difracción o algo más?

Si es difracción, ¿existen fórmulas conocidas que digan cuánta luz esperar en ángulos extremos?

Estoy muy emocionada, pero podría resultar ser algo trivial.

Una foto y un diagrama serían de gran ayuda.
creo que la imagen en la parte superior debería estar más abajo. ¿Cómo describe su experimento?
¿Cuál es tu pregunta? (Aparte de la ya contestada.)
Mi pregunta es cómo explicar esto. ¿Es difracción o algo más? ¿Es un ejemplo de algún fenómeno fundamental, o es solo un truco con hojas de afeitar?

Respuestas (3)

Del diagrama, creo que estás haciendo una geometría de fuente puntual

Traté de poner dos hojas de afeitar en la madera, en ángulo recto con una pequeña distancia entre las hojas en la parte inferior y tocándose en la parte superior.

Está generando un frente de onda coherente esféricamente simétrico, por lo que no es sorprendente que supere los 90 grados.

Vi la difracción cuando hice eso, pero no busqué la difracción de ángulo alto de esa manera, requería demasiada precisión. La difracción de alto ángulo observada fue con un solo borde. Cuando miro los textos de introducción sobre la difracción, veo fórmulas para predecir la intensidad en ángulos de menos de 90 grados. Elija un punto en una pared plana al que llega el patrón de difracción y las fórmulas predicen la intensidad de la luz. Las fórmulas de Fraunhoffer lo hacen con supuestos simplificadores, Fresnel lo hace de manera más exacta. No veo fórmulas para predecir la difracción de la luz hacia atrás, hacia 180 grados.
la solución tiene que ser un frente de onda esférico, en mi opinión. en los diagramas adicionales que introdujiste, la punta se convierte en una fuente puntual. ¿Quizás porque es metal y las irregularidades en la red hacen eso? intenta pintar el borde negro?
o el borde un frente de onda cilíndrico
Estoy sorprendido. No vi nada sobre esto de la fórmula de Frauhofer o de la fórmula de Fresnel. ¿Me lo perdí? ¿Cómo encontraría más información sobre un frente de onda cilíndrico que se difracta hacia atrás?

Estaba pensando en la hoja de afeitar como un borde recto muy delgado. Pero las hojas de afeitar reales no son rectas.

Aquí hay una foto de un borde. Tiene picos de alrededor de 1 micrómetro de distancia. Un poco más grande que una longitud de onda.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Algunas imágenes de navajas de afeitar de doble filo mostraban las estrías a distancias submicrónicas. Así no es necesariamente cómo funciona mi hoja de afeitar.

Pero supongamos que lo es. Si la luz que golpea esos picos se dispersa en todos los ángulos en lugar de reflejarse en el ángulo de incidencia, obtendríamos el resultado que vemos.

Posiblemente la luz que viaja A TRAVÉS de esos valles recibe el tratamiento de una sola rendija, o supongo que hay miles de rendijas. Eso no explica que difracte más de 90 grados, pero podría hacer cosas que no esperaba.

Estas son posibles explicaciones, pero no hay certeza de que sean importantes. Debería tratar de conseguir un borde recto. Posiblemente un trozo de vidrio o roca con una fractura concoidal. Pero necesitaría que fuera opaco. Tal vez algo más con una fractura concoidea. Esos pueden ser muy suaves, pero pueden no serlo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

TL; DR: Sí, de hecho es difracción, y es perfectamente normal que alcance todo el camino hacia atrás.

Su configuración general se conoce como el problema de difracción de Sommerfeld. Tiene una solución analítica en términos de función de error. erf (en una línea compleja de su dominio) o integrales de Fresnel (con parámetros de valor real).

Considere un plano monocromático con un vector de onda ( k porque ⁡ θ 0 k pecado ⁡ θ 0 ) incidente en un reflector perfecto semi-infinito (un cuchillo) en y = 0 , X > 0 . el espacio en X < 0 es gratis. Introducción a las coordenadas polares r ≥ 0 y θ ≥ 0 , y eligiendo θ 0 para que también sea no negativo (es decir, agregando 2 π si es necesario), obtenemos la siguiente solución de la ecuación de onda (asumiendo condiciones de Dirichlet homogéneas en la superficie reflectante):

tu s ( r , θ ) = Exp ⁡ ( i π 4 ) 1 − i 2 2 × ( Exp ⁡ ( i k r porque ⁡ ( θ − θ 0 ) ) [ 1 + erf ⁡ ( ( i + 1 ) k r porque ⁡ θ − θ 0 2 ) ] − Exp ⁡ ( i k r porque ⁡ ( θ + θ 0 ) ) [ 1 + erf ⁡ ( ( i + 1 ) k r porque ⁡ θ + θ 0 2 ) ] ) .

El erf La función del argumento complejo se puede reescribir en términos de integrales de Fresnel como

erf ⁡ ( i + 1 2 X ) = ( i + 1 ) [ C ⁡ ( 2 π X ) − i S ⁡ ( 2 π X ) ] .

Aquí hay un ejemplo para θ 0 = 2 π − π / 4 :

Si graficamos cómo cambia la intensidad a medida que el ángulo de la sonda se sale del eje hacia el área de sombra en r = 10 8 λ , obtendremos el siguiente resultado.

Como podemos ver, incluso a 20° de la superficie (en relación con el borde) todavía observamos alrededor 10 − 6 de la intensidad del incidente. Dado que la luz láser está bastante concentrada y los ojos humanos son muy sensibles, es lo que ves en el experimento.

Referencias

  1. AD Rawlins, Difracción de onda plana por una cuña racional , Proc. R. Soc. A 411, 265-283 (1987).
¿La difracción desvió esta luz más de 90 grados?
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