Optiikka

Youngin kaksoisrako

Kaksi koherenttia rakoa interferoituvat tasavälein toistuviin kirkkaisiin kaistoihin – Δy = λL/d. Kun d kasvaa, kaistat tiivistyvät.

Youngin kaksoisrako – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Kaksi koherenttia rakoa interferoituvat tasavälein toistuviin kirkkaisiin kaistoihin – Δy = λL/d. Kun d kasvaa, kaistat tiivistyvät. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Youngin kaksoisrako

Kaksi koherenttia rakoa interferoituvat tasavälein toistuviin kirkkaisiin kaistoihin – Δy = λL/d. Kun d kasvaa, kaistat tiivistyvät.

Kahden raon koherentit lähteet tuottavat polkupituudesta riippuvan vaiheen. Rakentava interferenssi kohdassa Δy = λL/d antaa tasavälein toistuvat kirkkaat kaistat. Kapeampi raoväli d tiivistää kaistat; pidempi aallonpituus levittää niitä – Youngin klassinen demonstraatio valon aaltoluonteesta.

• Δy = λL/d
• Rakentavat kaistat

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

Kahden lähekkäin sijoitetun raon läpi kulkeva valo luo kirkkaiden ja tummien kaistojen kuvion näytölle. Tekeekö raovälin lähentäminen kaistoista tiiviimmin vai väljemmin välitettyjä?

Punniteltavat ennusteet

• Kapeampi väli lähemmille raonille.
• Kaistaväli ei riipu raovälistä.
• Leveämpi – pienempi raoväli levittää kaistakuviota enemmän.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Raoväli d (µm)

Mitä mittaat:

• Kaistaväli y (mm)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa Youngin kaksoisrako -esiasetus ja paina Nollaa. Valon aallonpituus on 550 nm; näyttö istuu 100 cm:n päässä raonista.
2. Ota käyttöön kaistavälin lukema.
3. Aseta raoväli jokaiselle suoritukselle ja kirjaa syntyvä kaistaväli näytöllä.

Hallitseva yhtälö

Kaksoisraon kaistaväli — Δy = λL/d

Kaksi koherenttia rakoa, jotka on erotettu etäisyydellä d, tuottavat interferenssikaistat näytölle etäisyydellä L, välitettynä kaavalla y = λL/d. Lähemmät raot (pienempi d) levittävät kuviota leveämmäksi; pidempi aallonpituus myös leveättää väliä.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske y = λL/d arvoilla λ = 550 nm, L = 100 cm (muuntaen yksiköt huolellisesti saadaksesi y:n millimetreinä). Vertaa taulukkoon.
• Selitä kaavalla y = λL/d, miksi pienempi raoväli d tuottaa LEVEÄMMIN välitettyjä kaistoja – päinvastoin kuin ensimmäisenä arvaisit.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Tämä koe voi toimia päinvastoin: mittaa kaistaväli, raoväli ja näytön etäisyys ja ratkaise sitten λ. Näin fyysikot ensimmäistä kertaa mittasivat tarkasti näkyvän valon aallonpituuden. Selitä, miksi hyvin pieni raoväli d (verrattuna näkyvän valon aallonpituuksiin) on välttämätön tuottamaan tarpeeksi leveän kaistakuvion nähtäväksi ja mitattavaksi.
• Youngin alkuperäinen koe vaati, että valo molemmista raonista on koherenttia (kiinteä vaihesuhde) tuottaakseen vakaan interferenssikuvion – käyttäen yhtä pientä lähdettä valaisemassa molempia rakaoja, ei kahta erillistä lamppua. Miksi kaksi riippumaton, korreloimaton valonlähde ei tuottaisi vakaata, näkyvää kaistakuviota?

• 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 Youngin kaksoisrakoon
2. Valitse kaksoisrako
3. Paina Toista
4. Kirkkaat ja tummat kaistat
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