شکاف دوتایی یانگ: سنجش طول موج نور
1 · پیشبینی
نور گذرنده از دو شکاف بههمنزدیک، الگوی حاشیههای روشن و تاریک روی پرده میسازد. آیا نزدیکترکردن شکافها حاشیهها را فشردهتر یا پهنتر میکند؟
- فاصلهگذاری فشردهتر برای شکافهای نزدیکتر.
- فاصلهٔ حاشیه به فاصلهٔ شکاف بستگی ندارد.
- پهنتر — فاصلهٔ شکاف کوچکتر الگوی حاشیه را بیشتر میگسترد.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم شکاف دوتایی یانگ را باز کنید و Reset بزنید. طول موج نور 550 nm است؛ پرده 100 cm از شکافها فاصله دارد.
- قرائت فاصلهٔ حاشیه را فعال کنید.
- فاصلهٔ شکافها را برای هر آزمایش تنظیم کنید و فاصلهٔ حاشیه حاصل روی پرده را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| فاصلهٔ شکاف d (µm) | فاصلهٔ خطوط y (mm) |
|---|---|
| 50.00 | |
| 100.00 | |
| 150.00 |
برای سه آزمایش، فاصلهٔ حاشیه y (محور y) را بر حسب 1/d (محور x) رسم کنید. آیا خط از مبدأ صاف میگذرد؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، y = λL/d را با λ = 550 nm و L = 100 cm حساب کنید (با تبدیل دقیق یکاها تا y برحسب mm درآید). با جدول مقایسه کنید.
- با استفاده از y = λL/d توضیح دهید چرا فاصلهٔ شکاف کوچکتر d، خطوط با فاصلهٔ بازتر میسازد — برخلاف حدس اول.
5 · گسترش
- این آزمایش را میتوان وارونه اجرا کرد: فاصلهٔ حاشیه، فاصلهٔ شکاف و فاصلهٔ پرده را بسنجید و λ را حل کنید. فیزیکدانها اولین بار همینطور طول موج نور مرئی را دقیق سنجیدند. توضیح دهید چرا فاصلهٔ شکاف بسیار کوچک d (نسبت به طول موجهای نور مرئی) لازم است تا الگوی حاشیهای بهاندازهٔ دیدن و سنجیدن پهن شود.
- آزمایش اصلی یانگ لازم داشت نور دو شکاف همدوس باشد (رابطهٔ فاز ثابت) تا الگوی تداخل پایدار بسازد — با یک منبع کوچک واحد که هر دو شکاف را روشن میکرد، نه دو چراغ جدا. چرا دو منبع نور مستقل و بیهمبسته، الگوی حاشیهٔ پایدار و دیدنی نمیساختند؟
فیزیک پشت این آزمایش
فاصلهٔ خطوط شکاف دوگانه
دو شکاف منسجم با فاصلهٔ d روی پردهای در فاصلهٔ L خطوط تداخلی با فاصلهٔ y = λL/d میسازند. شکافهای نزدیکتر (d کوچکتر) الگو را بازتر پهن میکنند؛ طول موج بلندتر نیز فاصله را زیاد میکند.