Эффект Доплера

[Анж]

Эффект Доплера на дифракционной решетке.
1. Рассматриваем чисто волновой  вариант.
Дифракционная решетка - это такая пластинка с насечками, то есть, ямками. Когда волновой фронт подходит к поверхности пластинки, то часть волны отражается сразу, а часть еще затрачивает время на достижение дна ямок, и отражается уже от дна. В результате, между этими двумя частями возникает "разрыв", он же - оптическая разность хода.

Эта разность хода будет всегда одинаковая потому, что обусловлена глубиной ямок. То есть, неважно через 1 секунду следующий фронт подойдет, или через пять, любой из них разложиться стандартно. Эффекта не будет.
2. Рассматриваем  корпускулярно -волновой механизм на разных скоростях.
На скорости с механизм будет точно такой же - стандартный.

Синее смещение: В момент отражения, то есть после остановки, в дальнейшем свет движется тоже со скоростью с, с какой бы скоростью он до этого не прилетел к отражающей поверхности.
Когда относительная скорость  выше с, часть света  отражаясь от поверхности пластинки начинает обратное движение. А та часть, которая достигнет дна ямок, этого дна достигает гораздо быстрее, чем при нормальной скорости. В результате "отрыв" второй части от первой гораздо меньше, чем в норме. То есть, разность хода несколько меньше, чем при скорости встречи света и пластинки - с.

Красное смещение: Когда относительная скорость встречи пластинки и света меньше с, то свет дна ямки будет достигать гораздо дольше. И в результате, разрыв между частями будет больше нормального. То есть, разность хода увеличится.
.
Эффект обеспечен.

[Анж]

Если кто понял принцип, то можно попробовать изобразить это в технически доступном варианте. ( Зато графически объяснять труднее. )
В жизни свет на дифракционную решетку падает под углом и фотоны достигают отражающей поверхности по очереди, то есть, неодновременно. За счет этого и образуется разность хода:

При одной и той же скорости "набегания фронта" оптическая разность хода на этой пластинке всегда будет одна и та же.
А вот, если эта скорость набегания будет, например меньше, то следующий фотон отразиться позже и разница хода увеличиться:

[12d3]

Source of the post Дифракционная решетка - это такая пластинка с насечками, то есть, ямками. Когда волновой фронт подходит к поверхности пластинки, то часть волны отражается сразу, а часть еще затрачивает время на достижение дна ямок, и отражается уже от дна.

Первый раз вижу такое описание дифрешетки. Все не так. Если она отражательная, то на нее нанесены штрихи, и между штрихами свет отражается как от зеркала, а штрихами он рассеивается. Никаких ямок там нет.

[Анж]

Source of the post Никаких ямок там нет.

Нет. Технически невыполнимо. Но принцип так легче объяснить было. Во втором посте можете полюбоваться на нормальную.

[12d3]

Source of the post Во втором посте можете полюбоваться на нормальную.

Не, тоже ненормально. )

Source of the post В жизни свет на дифракционную решетку падает под углом и фотоны достигают отражающей поверхности по очереди, то есть, неодновременно. За счет этого и образуется разность хода:

Когда угол падения равен углу отражения, как у вас на картинке, разность хода строго 0. И фотоны не по очереди падают, они постоянно все вместе валятся. Вообще, я удивляюсь, как это вы рассматриваете волновые явления с корпускулярной позиции. Волны, упав на решетку, отражаются во все стороны. По каждому возможному направлению волны, отраженные от каждой щели, интерферируют, усиливая или ослабляя друг друга. Вот и получается интерференционная картина.

[Анж]

Source of the post Не, тоже ненормально. )

Ну, я поэтому ямки и рисовала, что изобразить  графически сложнее.
 

Source of the post и между штрихами свет отражается как от зеркала, а штрихами он рассеивается.

Source of the post отраженные от каждой щели, интерферируют, усиливая или ослабляя друг друга.

Давайте уточним, что у Вас щели, а что штрихи?

Source of the post Волны, упав на решетку, отражаются во все стороны.

Тогда можно было не заморачиваться решетками, а зеркалом пользоваться - пусть отражаются куда хотят.

Source of the post Когда угол падения равен углу отражения, как у вас на картинке, разность хода строго 0.

Неправда, картинка не статичная, она вырисовывается постепенно.
К поверхности отражения, хотите назовите это волновым фронтом, хотите - группой фотонов, свет подходит под углом. Поэтому отражаются фотоны не все сразу:

[Анж]

Кажется поняла, почему Вы дергаетесь. Договоримся, что решетка отражательная, а свет монохроматический.

[12d3]

Source of the post Давайте уточним, что у Вас щели, а что штрихи?

То, что между штрихами - щель.

Source of the post Тогда можно было не заморачиваться решетками, а зеркалом пользоваться - пусть отражаются куда хотят.

Для зеркала тоже можно такую штуку провернуть. И показать, что во всех направлениях, кроме одного, проинтерферировавшие волну взаимоуничтожатся. И останется только одно направление, где они будут складываться друг с другом - где угол отражения равен углу падения. Если хотите, могу это все расписать формулками.

Source of the post Поэтому отражаются фотоны не все сразу

Да. Вот только в приемник придут все сразу. У вас на последнем кадре отраженные фотону бегут таким же ровным строем, как и до отражения. Это и значит "разность хода равна 0".
А то, что у вас на картинке в первом посте подписано "разность хода" - это совсем не разность хода.

Source of the post Кажется поняла, почему Вы дергаетесь. Договоримся, что решетка отражательная, а свет монохроматический.

Я не дергаюсь, я спокойный. =\ А решетка отражательная и свет монохроматический.

[Анж]

Ну, допустим, пришли все сразу. Отразились. И дальше?

Source of the post У вас на последнем кадре отраженные фотону бегут таким же ровным строем, как и до отражения. Это и значит "разность хода равна 0".

Они отстают друг от друга. Посмотрите, что такое разность хода в интерферометре Майкельсона. Просто должна быть еще собирающая линза и экран, естественно.

[Анж]

Source of the post я удивляюсь, как это вы рассматриваете волновые явления с корпускулярной позиции.

Наверное стоит обрисовать ситуацию. Я исхожу из того, что свет, при своем свободном движении в вакууме, представляет собой компашку отдельных фотонов. То есть частиц.
При встрече с некой средой, начинает проявлять себя как волна, за счет групповых свойств частиц. Однако, эти волновые свойства проявляются не всегда. При определенных условиях, свет и при взаимодействии со средой волновые свойства почти не проявляет.
Дело в том, что несмотря на то, что нам световой луч рисуют обычно в виде прямой, сами фотоны в составе луча летят немножко под разными углами друг к другу. И при встрече со средой начинаются всяческие отражения и наложения под разными углами. Получается волновая картинка. Например, обычный лучик пропущенный через кусок стекла:

Однако, если заставить фотоны лететь относительно друг друга более-менее параллельно, то картинка получается совсем другой. Как "влетели" в стекло, так и вылетели тем же строем:

В общем-то, все об этом знают. Если бы свет всегда проявлял свои волновые свойства, то не могло бы и речи быть о каких-то лазерных насечках одинакового размера при изготовлении дифракционных решеток. Надеюсь, когда-нибудь эти два и два, все же, смогут сложить.
Фотографии были получены с помощью стакана с ровным дном; лазерной указки с двумя режимами, и окрашенной стены сортирного типа в качестве экрана:

Пробовала воспользоваться компакт-диском в качестве дифракционной решетки, однако сфотографировать это не удалось. Разложение получается при падении лазерного пучка только в определенные места диска, и под небольшим колличеством углов. И поймать все это в кадр дрожащими руками проблематично. А зафиксировать не нашлось чем.
p/s Если не просто любоваться на радужную картинку, а что-нибудь измерять, то падение света нужно как-то регламентировать. Поэтому в измерительных приборах свет направляют под углом, и угол этот обязательно калибруют.