Optiikka

Ohuen kalvon interferenssi

Ohuen kalvon kahden pinnan heijastukset interferoituvat; 2nt = (m+½)λ valitsee kirkkaasti heijastuvan värin (saippuakuplien värit).

Ohuen kalvon interferenssi – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Ohuen kalvon kahden pinnan heijastukset interferoituvat; 2nt = (m+½)λ valitsee kirkkaasti heijastuvan värin (saippuakuplien värit). Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Ohuen kalvon interferenssi

Ohuen kalvon kahden pinnan heijastukset interferoituvat; 2nt = (m+½)λ valitsee kirkkaasti heijastuvan värin (saippuakuplien värit).

Kalvon ylä- ja alapinnan heijastukset interferoituvat. π-vaihesiirtymä voi tapahtua heijastuessa tiheämmästä väliaineesta. Paksuus ja aallonpituus valitsevat, mitkä värit heijastuvat rakentavasti – saippuakuplien ja öljyläikkien kirjo.

• 2nt = (m+½)λ
• Saippuakalvon värit

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Ohuen läpinäkyvän kalvon (kuten saippuakuplan) molemmilta pinnoilta heijastuva valo interferoituu, tuottaen kirkkaan tai tumman heijastuksen riippuen kalvon paksuudesta. Siirtääkö paksumpi kalvo aina sen, mikä interferenssi ”kertaluku” tuottaa kirkkaan heijastuksen?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – kirkkaan heijastuksen interferenssikertaluku skaalautuu suoraan kalvon paksuuden mukaan (aallonpituuden yksiköissä kalvon sisällä).
• Ei – kalvon paksuus ei vaikuta siihen, mikä kertaluku on kirkas.
• Paksuus vaikuttaa vain väriin, ei numeeriseen ”kertalukuun”.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Kalvon paksuus t (nm)

Mitä mittaat:

• Kirkkaan heijastuksen kertaluku m

Miten tutkimus etenee

1. Avaa ohut kalvo -esiasetus ja paina Nollaa. Kalvolla on indeksi n = 1.33 (kuten saippuakalvolla); valon aallonpituus on 550 nm.
2. Ota käyttöön interferenssikertaluvun lukema.
3. Aseta kalvon paksuus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kirkkaan heijastuksen interferenssikertaluku.

Hallitseva yhtälö

Ohuen kalvon kirkkaan heijastuksen kertaluku — 2nt = (m+½)λ

Ohuen kalvon molemmilta pinnoilta heijastuva valo interferoituu rakentavasti (kirkas heijastus), kun meno-paluumatkan optinen polkupituus vastaa puolikokonaislukumääräistä aallonpituuden monikertaa: m = 2nt/λ − 0.5, etupinnan vaihesiirtymän huomioiden.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske m = 2nt/λ − 0.5 arvoilla n = 1.33, λ = 550 nm. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi termi −0.5 ilmestyy: kalvon EDESTÄ heijastuva valo kokee puolen aallonpituuden vaihesiirtymän (heijastuessaan korkeammaindeksisestä väliaineesta), kun taas taakse heijastuva valo ei – tämä epäsymmetria siirtää tavallista kokonaislukukertaluehtoa puolella askeleella.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Saippuakuplan värit muuttuvat ja pyörivät jatkuvasti, koska kalvon paksuus vaihtelee sen pinnan yli ja muuttuu ajan myötä, kun se valuu ja haihtuu – eri paksuudet täyttävät kirkkaan heijastuksen ehdon eri aallonpituuksille (väreille) millä tahansa annettuna hetkellä. Selitä, miksi täydellisen tasapaksuinen kalvo näyttäisi sen sijaan yhtenäisen tasaisen värin (tai ei mitään) koko pinnallaan.
• Kameralinssit käyttävät ohuita heijastuksenestopinnoitteita, suunniteltuina niin, että etu- ja takapinnan heijastukset TUHOAVAT interferoituvat valitulle aallonpituudelle (yleensä vihreä, silmän herkin väri), minimoiden ei-toivotun heijastuksen. Selitä, miksi tällaiset pinnoitteet osoittavat usein silti heikon violetin sävyn – näkyvän spektrin päädyissä olevat aallonpituudet eivät kumou yhtä täysin.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.3 Wave phenomena
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa ohueen kalvoon
2. Valitse ohut kalvo
3. Paina Toista
4. Väri kalvon paksuudesta
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Interferenssi ja diffraktio