Interference un difrakcija
Kad gaismas viļņi iziet cauri divām šaurām spraugām, katra sprauga sūta izplatāmus viļņus, kas pārklājas uz ekrāna aiz tām. Kur vienas spraugas virsotne satiek otras virsotni, tās saskaitās gaišā joslā; kur virsotne satiek iedobumu, tās anulējas tumšā spraugā. Gaišās joslas parādās tikai specifiskos leņķos, kur papildu attālums, ko viens vilnis veic, ir vesels viļņa garumu skaits.
Formula
d · sin θ = m · λ
- d — spraugu atstatums (m): attālums starp abām spraugām (vai līnijām uz režģa)
- θ — leņķis (°): leņķis no raksta centra uz āru līdz gaišai joslai
- m — kārtas numurs (unitless): kura gaišā josla tā ir, skaitot 0, 1, 2… uz āru no centra
- λ — viļņa garums (m): viena pilna gaismas viļņa cikla garums
Izrēķināts piemērs
Gaismas ar viļņa garumu 500 nanometri spīd cauri divām spraugām ar atstatumu 20 mikrometri. Kāds ir sin θ otrajai gaišajai joslai (m = 2)?
- d = 20 μm
- λ = 500 nm
- m = 2
- sin θ = m · λ / d
- sin θ = (2 × 500 nm) / 20 000 nm
sin θ = 0.05
Pārbaudi sevi
Tās pašas spraugas (d = 20 mikrometri) un tā pati gaisma (500 nanometri) — kāds ir sin θ pirmajai gaišajai joslai, m = 1?
- Pareizā atbilde: 0.025
- 0.05
- 0.1
Pareizi! sin θ = m·λ/d = (1 × 500 nm) / 20 000 nm = 0.025 — puse no m = 2 atbildes.
Ja tu pavirzi abas spraugas tālāk vienu no otras (palielini d), noturot viļņa garumu un kārtu to pašu, kas notiek ar joslu atstatumu?
- Atstatums palielinās
- Pareizā atbilde: Atstatums samazinās
- Atstatums paliek tas pats
Pareizi! Tā kā sin θ = m·λ/d, lielāks d padara sin θ mazāku, tāpēc joslas saspiežas ciešāk kopā.
Kur tu to redzi
Varavīksnes mirdzums, slīdot pāri ziepju burbulim, un krāsas, atstarojoties no veca CD rievām, ir interference darbībā: gaismas viļņi, atstarodamies no plānas plēves augšas un apakšas, saskaitās vai anulējas pēc viļņa garuma, šķirodamas balto gaismu joslās. Divas šauras spraugas un ekrāns padara to pašu saskaitīšanu-un-anulēšanu redzamu kā gaismas un tumsas svītras.
Biežākās kļūdas
Atstatuma virziens sapinas gandrīz visus: spraugu attālināšana (lielāks d) liek joslām kustēties TUVĀK kopā — d sēž zem daļas formulā sin θ = m·λ/d, tāpēc lielāks saucējs, mazāks leņķis. Un katra kārta m ir savs leņķis, ne pēdējās atkārtojums: ar d = 20 mikrometriem un 500 nm gaismu, pirmā gaišā josla sēž pie sin θ = 0.025.
Kā tas savienojas
Šī ir optikas moduļa šķērspunkts viļņu teritorijā, un tā balstās uz viļņu moduļa pamatu: v = f · λ pārvalda gaismu kā jebkuru vilni, un tieši viļņa garums izlemj, kur joslas nolaižas — kas ir tas, kā dubultspraugas eksperimenti pirmo reizi izmērīja gaismas viļņa garumu. Polarizācija, tālāk, pabeidz viļņu ainu, parādot, uz kuru pusi vilnis vibrē.