Als men de golven, die zich over een wateroppervlak voortplanten, volgens rechte lijnen, getrokken van uit het trillend punt, gedeeltelijk tegenhoudt door een in de vloeistof geplaatst voorwerp, neemt men waar, dat deze golven zich hier omheen buigen, zodat ook het water achter dit voorwerp toch in trilling geraakt. Onderschept men de golven met een scherm, waarin een kleine opening is gemaakt , dan blijkt deze opening zich te gedragen als een nieuwe trillingsbron.
Naar alle kanten planten zich de trillingen voort. Het principe van Huygens, volgens hetwelk elk punt, dat door de trilling wordt bereikt, zelf optreedt als nieuw middelpunt van trilling, geeft van deze verschijnselen een eenvoudige verklaring. Laat men een evenwijdige bundel lichtstralen vallen op een nauwe opening, dan ziet men op een achter deze opening geplaatst scherm een lichtvlek van veel groter afmeting dan de opening. Ook de lichttrillingen planten zich dus nu niet langer rechtlijnig voort, maar ondervinden een afwijking.
Men noemt de hiermee samenhangende verschijnselen de buiging of diffractie van het licht. Beschouwen wij eens nader het geval, dat een evenwijdige bundel raonochromatisch licht valt op een smalle spleetopening, waarvan de lengterichting loodrecht staat op het vlak van tekening.. Is nu de opening zo klein, dat het verschil klein is ten opzichte der golflengte van het opvallende licht, dan zullen de trillingen, door de verschillende punten der opening uitgezonden, elkaar steeds versterken, zodat hier een lichte streep wordt waargenomen.Voor een zijwaarts gelegen punt Q,zal het verschil der wegen A Q, en OQ_ groter zijn. Is dit punt zo genomen, dat dit verschil juist een halve golflengte bedraagt, dan zullen op elk ogenblik de trillingen, door het punt A uitgezonden, worden opgeheven door die, welke van O uit het punt Q, bereiken. Daar echter dan ook bij elk punt der helft AO een punt van BO te vinden is, waarvoor de afstand tot Q. een halve golflengte kleiner is, zullen alle trillingen in Q elkaar juist opheffen; in dit punt is dus duisternis. Bedragen genoemde verschillen juist een gehele golflengte, dan versterken de trillingen elkaar weer; aan weerskanten van P treden dus afwisselend donkere en lichte strepen op.
De intensiteit van deze laatste neemt echter snel af, naarmate zij verder van P zijn verwijderd. Door de kleine golflengte der lichttrillingen is de afstand der strepen ook gering. Voor de waarneming gebruikt men daarom een loupe, die wordt opgesteld iets achter het vlak van S, terwijl het scherm zelf wordt weggelaten. Uit de gegeven beschouwing volgt, dat de afstand der strepen afneemt, naarmate de opening groter wordt; het licht concentreert zich bij P. Is de opening enige duizenden golflengten — dat is dus voor licht ongeveer 1 mm — dan zijn de strepen niet meer afzonderlijk waar te nemen; het licht plant zich nu rechtlijnig door de opening voort.
Bij opvallend rood licht is de afstand der strepen groter dan bij violet licht, als gevolg der grotere golflengte. Men zal dus bij gebruik van wit licht gekleurde banden moeten waarnemen, die ontstaan, doordat uit het witte licht een lichtsoort wordt weggenomen, terwijl andere worden verzwakt en weer andere juist in volle sterkte aanwezig zijn. Is de opening cirkelvormig, dan gaan de gekleurde banden over in gekleurde concentrische ringen. Men neemt deze gemakkelijk waar, als men door een beslagen ruit of door een nevel kijkt naar een lichtbron.
De vochtdruppels onderscheppen het licht en dat heeft volgens het principe van Babinet hetzelfde effect, alsof er even zovele ronde openingen aanwezig waren (z optische verschijnselen in de atmosfeer).
Reeds is vermeld, dat de golven op het oppervlak van een vloeistof zich om een belemmerend voorwerp heen kunnen buigen. Dit zelfde geldt voor elke trilling, mits aan de voorwaarde is voldaan, dat de middellijn van de belemmering niet veel groter is dan enige golflengten der beschouwde trilling. Bij het geluid zijn de golflengten — hoewel voor verschillende tonen ongelijk — toch steeds vrij groot; bij deze trillingen zal buiging gemakkelijk optreden. Ook voor de electrische golven der draadloze telegrafie is dit het geval.
Radiogolven van golflengte 1000 m en meer buigen gemakkelijk met het aardoppervlak mee. Kortere golven doen dit niet meer zo goed. De reden, dat radiogolven van 100 m golflengte op grote afstand kunnen worden waargenomen, berust op andere verschijnselen (z Heavisidelaag). Voor het licht varieert de golflengte van o,8-0,4 micron; de lichtstralen zullen alleen dan een voorwerp kunnen omspoelen, als de afmeting hiervan zeer klein is.
De oogpupil heeft een diameter van 2 mm of meer. Verkleint men de pupil kunstmatig door een zeer kleine opening voor het oog te houden, dan wordt het waargenomen beeld onscherp ten gevolge van buigingsverschijnselen.
Voor de theorie der microscopie zijn de buigingsverschijnselen van groot belang, daar de afstanden tussen de deeltjes van het microscopisch preparaat buiging veroorzaken. Door Abbe is het eerst aangetoond, dat het voor een juiste waarneming van het preparaat nodig is, dat alle buigingsbeelden moeten worden opgevangen door het objectief van de microscoop.
In de natuurkunde zijn verder nog van betekenis de buigingsbeelden, die ontstaan, wanneer homogeen licht valt op een glasplaatje, waarop een zeer groot aantal fijne strepen evenwijdig aan elkaar is aangebracht. De theorie leert, dat er nu smalle lichtlijnen moeten worden waargenomen, gescheiden door brede zwarte banden.
De werking van zo’n glasplaat komt overeen met die van een tralie of rooster, waar licht op valt. Het evenwijdig invallende licht wordt door elke opening gebogen. In een richting ontstaat een groot aantal evenwijdige bundels.
Men kan het licht van al deze bundels verenigen in een enkel punt met behulp van een lens. De vraag, of ergens in het brandvlak van deze lens veel of weinig licht zal komen, hangt af van het fazeverschil tussen twee opeenvolgende bundels. Deze zullen elkaar volkomen versterken, als de weg Ae uit fig. 3 een geheel aantal golflengten bedraagt. Voor een grotere golflengte moet men cp iets groter kiezen, om het overeenkomstige maximum in het brandvlak van de lens te verkrijgen.
Zo ontstaan spectra. De kleuren komen des te meer uiteen te liggen, naarmate de afstand van twee spijlen uit het rooster kleiner is. Om hier niet uiteen te zetten redenen hangt verder de zuiverheid van het verkregen spectrum af van het totale aantal der spijlen. Het komt er daarom op aan, glasplaten te maken met zeer dicht opeenliggende krassen. Goede tralies bezitten enige honderden strepen per mm.
De mooiste tralies zijn gemaakt door Rowland, die met een speciale verdeelmachine 1700 strepen per mm kon trekken en tralies sneed van 10 cm breedte en meer, alzo bestaande uit 100 000 à 200 000 strepen. Na Rowland heeft ook Michelson zeer mooie buigingstralies gesneden. Deze goede tralies hebben voor de spectroscopie in het bijzonder en daardoor voor de natuurkunde in het algemeen onschatbare diensten bewezen.
Röntgenstralen zijn te beschouwen als familie van de zichtbare stralen; het enige verschil is, dat de golflengte van röntgenstralen (10-7 à 10-9 cm) zeer veel korter is dan die van lichtstralen (0,4.10-4 à 0,8.10-4 cm). Buigingsspectra van röntgenstralen zijn gemaakt aan optische tralies. Weliswaar lenen deze zich er minder goed voor, omdat de lijnafstand voor dit doel te groot is, maar men overwint deze moeilijkheid door het tralie zeer schuin te zetten (rakelingse inval). We bezitten verder in de vorm van kristallen natuurlijke tralies.
De afstand tussen twee opvolgende atomen in het kristal is van dezelfde orde als de golflengte der röntgenstralen, zodat wij ze als buigingstralie kunnen gebruiken. Intussen bestaat nog een principieel verschil met het optische rooster en wel vormt de tweede laag atomen opnieuw een buigingstralie, de derde weer, enz. In het algemeen werken nu deze verschillende tralies, wegens het optreden van onderlinge fazeverschillen der gebogen bundels, elkaar tegen, zodat geen spectrum ontstaat. Alleen voor enkele bijzondere golflengten bestaat samenwerking tussen de tralies.
Het buigingsbeeld van continu röntgenlicht, gemaakt door een kristalrooster, bestaat daarom niet uit spectrale banden, maar slechts uit enkele punten (Laue-figuur). Een andere methode bestaat in het laten vallen van een monochromatische röntgenbundel op een kristalvlak en draaien hiervan, tot bij een zekere hoek Braggreflectie optreedt (draaikristal-methode). In plaats van een draaiend kristal gebruikt men bij de Debije-Scherrer-methode een kristalpoeder, waarin vanzelf allerhande invalshoeken voorkomen.
PROF. DR C. ZWIKKER
Lit.: J. A. Prins, Grondbeginselen van de hedendaagse natuurkunde.
