Ako vykonať Youngov experiment s dvojitými štrbinami?
Dvojitý štrbinový experiment Thomasa Younga bol v oblasti teórie vĺn mimoriadne dôležitý. Jeho experiment dokazuje, že svetlo vykazuje vlastnosti podobné vlnám. Monochromatické svetlo, svetlo pozostávajúce z jednej farby, je rozdelené pomocou dvoch blízko seba umiestnených štrbín. Na druhej strane štrbín sa vynárajú dve súvislé svetelné vlny. Koherentné svetlo, čo znamená, že vlny majú rovnakú frekvenciu a fázu, bude pôsobiť konštruktívne aj deštruktívne. Táto interakcia spôsobuje svetlé a tmavé okraje na základe jednoduchej geometrie. Ak je tento vzorec skutočne výsledkom experimentu, svetlo má preukázateľné vlnovité vlastnosti.
Svetlé a tmavé okraje sú spôsobené rozdielom vo fáze svetla, keď dopadá na predmet (tj. Svetelný senzor). Svetlo zo spodnej štrbiny musí cestovať ďalej, a preto medzi týmito dvoma lúčmi svetla existuje fázový rozdiel. Táto interakcia medzi týmito dvoma vlnami vytvára svetlé, tmavé alebo stredné okraje.
V oblasti, kde sa vyskytuje svetlý okraj, je fázový rozdiel medzi týmito dvoma koherentnými svetelnými vlnami nula stupňov. Napríklad neexistuje žiadny fázový rozdiel a vlny sa spoja a vytvoria okraje s maximálnou intenzitou. V oblasti, kde dochádza k tmavým okrajom, je fázový rozdiel medzi dvoma koherentnými svetlými vlnami rovný 180 stupňom. V tomto mieste sa vlny spoja a navzájom sa navzájom úplne zrušia. Stredné okraje sa vyskytujú, keď je fázový rozdiel niekde medzi nulou a 180 stupňami. Intenzita okrajov sa všeobecne znižuje, keď sa fázový rozdiel medzi týmito dvoma svetelnými vlnami zvyšuje z nuly na 180 stupňov.
- 1Nastavte lavičku optiky:
- Začnite s optickou lavicou pred sebou so značkou 0 centimetrov (0,0 palca) naľavo.
- Nainštalujte diódový laser na značku 0 centimetrov (0,0 palca) smerom doprava. To by malo vyžadovať malé úsilie.
- Namontujte zariadenie s viacerými štrbinami do príslušného držiaka. Môže to vyžadovať určitú silu a pri správnej inštalácii bude znieť cvaknutie. Zostava by mala ukázať, že je pomerne jednoduchý.
- Novo zostavený viacdrážkový prístroj nainštalujte na optickú lavicu medzi značku 5 a 10 cm. Neskôr v experimente sa upravia nastavenia polohy aj štrbiny.
- 2Získajte nasledujúce materiály: lineárny translátor, držiak svetelného senzora a clony a rotačný snímač pohybu.
- Odstráňte jednu zo skrutiek z lineárneho prekladača, ktorá zaisťuje drážkovanú tyč, a vytiahnite ju z rámu lineárneho prekladača.
- Nainštalujte rotačný snímač pohybu na drážkovanú tyč. To sa dá dosiahnuť zasunutím drážkovanej tyče do štvorcového otvoru v strede rotačného snímača pohybu. Jednou dôležitou poznámkou je, že sada namontovaných kladiek na rotačnom snímači pohybu by mala pri správnej inštalácii smerovať nahor.
- Vráťte drážkovanú tyč do pôvodnej polohy a zaskrutkujte späť skrutku.
- Mali by ste si všimnúť, že jeden koniec ojnice má priemer o niečo menší a je opatrený závitom. V jednej ruke držte ojnicu so závitovým koncom hore. Nasaďte úchyt clony na tyč a za ním svetelný senzor a uistite sa, že clona svetelného senzora je pevne oproti rotujúcemu disku, ktorý pozostáva z otvorov rôznej veľkosti.
- Jednoducho zaskrutkujte ojnicu (dotiahnite iba rukou).
- Namontujte tento novovytvorený kus umiestnením ojnice do posledného zostávajúceho otvoru rotačného snímača pohybu tak, aby bol prístroj svetelného senzora vzpriamený.
- Utiahnite poistnú skrutku na rotačnom pohybovom senzore (dotiahnite iba rukou).
- 3Tento nový prístroj má byť namontovaný na optickú lavicu. V spodnej časti lineárneho prekladača by ste si mali všimnúť závitovú tyč s maticou. Všimnite si tiež, že optická lavica má úzku štrbinu, ktorá prechádza stredom dráhy, a že z oboch koncov mierne pod povrchom optickej lavice sa táto štrbina otvára do širšieho kanála, ktorý je dostatočne veľký na to, aby matica v spodnej časti trate lineárny prekladač.
- Upravte polohu matice tak, aby vstupovala do najvyššieho kanála a aby lineárny translátor ležal na vyvýšenom povrchu optickej lavice.
- Posuňte lineárny prekladač po trati, kým sa svetelný senzor nenachádza približne 1 meter (3,3 ft) od zariadenia s viacerými štrbinami. To môže vyžadovať premiestnenie viacdrážkového zariadenia bližšie k diódovému laseru.
- 4Pripojte všetky senzory k rozhraniu PASCO.
- 5Vykonajte posledné úpravy:
- Vyberte jeden z dvojitých štrbín z viacdrážkového aparátu, v tomto okamihu nezáleží na tom, ktorý z nich, otáčaním kolieska s viacerými štrbinami, kým nie je príslušná štrbina väčšinou v jednej línii s diódovým laserom. Budete môcť cítiť mierne praskanie, keď sa každé zoskupenie štrbín dostane do tejto polohy.
- Zapnite diódový laser zapojením napájania a prepnutím prepínača na zadnej strane diódového lasera. Všimnite si toho, že vedľa vypínača sú dva gombíky. Jeden nastaví diódový laser vo vertikálnom smere a druhý v horizontálnom smere.
- Na druhom konci optickej lavice upravte nastavenie clony držiaka svetelného senzora, kým nevyberiete štrbinu č.
- Keď je laser zapnutý, nastavujte horizontálne aj vertikálne gombíky, kým nevytvoríte interferenčný a difrakčný obrazec (vyzerá ako svetelná čiara), ktorý svieti cez úzku štrbinu zariadenia svetelného senzora, ktoré ste práve nastavili, a uistite sa, že vzor je tiež kolmá na štrbinu č. 3.
- Nastavte si počítač vrátane grafu vykresľovania intenzity vs. vzdialenosti v Data Studio.
- 6Vykonajte experiment:
- Vyberte sadu vhodných dvojitých štrbín z viacdrážkového zariadenia a otočte ich do polohy. Pri výbere je potrebné pamätať na to, že čím menšia je veľkosť štrbiny, tým ťažšie bude detekovať maximá vyšších hodnôt m.
- Vypnite svetlá a upravte obrazovku počítača tak, aby sa znížilo okolité svetlo.
- Zapnite diódový laser.
- Posuňte otočný snímač pohybu na jednu stranu lineárneho prekladača.
- Kliknutím na položku „Spustiť“ v Dátovom štúdiu spustíte zber údajov.
- Pomaly a plynule presuňte otočný snímač pohybu na druhú stranu lineárneho prekladača.
- Zhromažďovanie údajov dokončíte kliknutím na položku Zastaviť.
- Nezabudnite zhromaždiť nasledujúce údaje na podrobnejšiu analýzu a uložiť/vytlačiť graf.
- Vzdialenosť štrbiny = d (hodnoty je možné nájsť na prístroji s viacerými štrbinami)
- Veľkosť drážky = a (Hodnoty možno nájsť na prístroji s viacerými štrbinami)
- Vzdialenosť od viacdrážkového zariadenia k svetelnému senzoru = l
- Vzdialenosti od centrálneho maxima k iným maximám (pozri graf) = x
- Vlnová dĺžka = λ
- Rotačný snímač pohybu pohybujte pomalou a konštantnou rýchlosťou.
- Nech je miestnosť čo najtmavšia. To nemôže byť dostatočne namáhané a zahŕňa aj obrazovku počítača.
- Začnite s väčšími nastaveniami dvojitej štrbiny a postupujte smerom nadol.
- Menšie clony zvýšia presnosť aj presnosť. To však tiež, aby experiment menej odpúšťa kvôli akejkoľvek náhlej nárazy počas traversals.
- Nedovoľte pohyb vo zvislom smere. To môže znamenať zatlačenie zadnej alebo prednej časti rotačného snímača pohybu nadol pri prechádzaní.
- Nepozerajte sa priamo do diódového laseru. Spôsobuje trvalé poškodenie.
- Optická lavica
- diódový laser a napájací kábel
- svetelný senzor
- prístroj na montáž clony svetelného senzora s ojnicou
- lineárny prekladač
- viacdrážkové prístroje a držiaky na prístroje
- Dátové štúdiá
- rotačný snímač pohybu
