Interferens & Pembelauan
Apabila gelombang cahaya melalui dua celah sempit, setiap celah menghantar keluar gelombang merebak yang bertindih pada skrin di belakang mereka. Di mana puncak dari satu celah bertemu puncak dari yang satu lagi, mereka bertambah menjadi jalur cerah; di mana puncak bertemu lembah, mereka saling meniadakan menjadi jurang gelap. Jalur cerah hanya muncul pada sudut-sudut istimewa tempat jarak tambahan yang dilalui satu gelombang ialah nombor bulat panjang gelombang.
Formula
d · sin θ = m · λ
- d — jarak celah (m): jarak antara kedua-dua celah (atau garisan pada satu parutan)
- θ — sudut (°): sudut daripada pusat corak keluar ke satu jalur cerah
- m — nombor tertib (unitless): jalur cerah yang ke berapa, dikira 0, 1, 2… keluar dari pusat
- λ — panjang gelombang (m): panjang satu kitaran gelombang penuh cahaya itu
Contoh penyelesaian
Cahaya berpanjang gelombang 500 nanometer bersinar melalui dua celah berjarak 20 mikrometer. Berapakah sin θ bagi jalur cerah kedua (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
Uji diri anda
Celah yang sama (d = 20 mikrometer) dan cahaya yang sama (500 nanometer) -- berapakah sin θ bagi jalur cerah pertama, m = 1?
- Jawapan betul: 0.025
- 0.05
- 0.1
Betul! sin θ = m·λ/d = (1 × 500 nm) / 20 000 nm = 0.025 -- separuh daripada jawapan m = 2.
Jika anda mengalihkan kedua-dua celah lebih berjauhan (naikkan d) sementara mengekalkan panjang gelombang dan tertib, apa yang berlaku pada jarak jalur?
- Jarak meningkat
- Jawapan betul: Jarak menurun
- Jarak kekal sama
Betul! Oleh sebab sin θ = m·λ/d, d lebih besar menjadikan sin θ lebih kecil, jadi jalur memampat lebih rapat.
Di mana anda melihat ini
Kilauan pelangi yang meluncur merentasi buih sabun dan warna yang terpantul daripada alur CD lama ialah interferens beraksi: gelombang cahaya yang terpantul daripada atas dan bawah satu filem nipis bertambah atau saling meniadakan mengikut panjang gelombang, mengisih cahaya putih menjadi jalur. Dua celah sempit dan satu skrin menjadikan penambahan-dan-pembatalan yang sama kelihatan sebagai jalur-jalur cahaya dan gelap.
Kesilapan biasa
Arah jarak mengganggu hampir semua orang: merenggangkan celah lebih berjauhan (d lebih besar) menjadikan jalur bergerak LEBIH RAPAT -- d duduk di bawah pecahan dalam sin θ = m·λ/d, jadi penyebut lebih besar, sudut lebih kecil. Dan setiap tertib m mempunyai sudutnya sendiri, bukan guna semula yang terakhir: dengan d = 20 mikrometer dan cahaya 500 nm, jalur cerah pertama duduk pada sin θ = 0.025.
Bagaimana ia bersambung
Inilah titik persilangan modul optik ke wilayah gelombang, dan ia bersandar pada asas modul gelombang: v = f · λ mentadbir cahaya seperti sebarang gelombang, dan panjang gelombanglah yang menentukan di mana jalur mendarat -- beginilah eksperimen dwicelah mengukur panjang gelombang cahaya pada mulanya. Polarization, seterusnya, melengkapkan gambar gelombang dengan menunjukkan ke arah mana gelombang itu bergetar.