Эксперимент с двойной щелью Юнга

Физика > Эксперимент с двойной щелью Юнга

 

Изучите опыт Юнга с щелями. Читайте, какое расстояние между щелями в опыте Юнга, ширина полосы и два отверстия, характеристика света как волны, эксперимент.

В своем эксперименте Томас Юнг показал, что вещество и энергия способны показывать характеристики волн и частиц.

Задача обучения

• Понять, почему эксперимент Юнга кажется правдоподобнее выражений Гюйгенса.

Основные пункты

• Волновые характеристики приводят к тому, что проходящий сквозь щель свет мешает себе, формируя светлые и темные участки.
• Если волны мешают в гребнях, но сходятся по фазе, то сталкиваемся с конструктивными помехами. Если волны полностью не совпадают, то это разрушительные помехи.
• У каждой точки на стене есть разная дистанция к щели. Этим путям соответствует разное количество волн.

Термины

• Разрушительные помехи – волны мешают и не соответствуют друг другу.
• Конструктивные помехи – волны мешают в гребнях, но совпадают по фазе.

В эксперименте с двойной щелью видно, что вещество и энергия способны вести себя как волны или частицы. В 1628 году Кристиан Гюйгенгс доказал, что свет выступает волной. Но некоторые люди не соглашались, особенно Исаак Ньютон. Он полагал, что для объяснения потребуются цветные интерференционные и дифракционные эффекты. До 1801 года никто не верил, что свет – волна, пока не появился Томас Юнг со своим экспериментом с двойной щелью - опыт Юнга. Он сделал две близко поставленных вертикальных щели (примерное расстояние между щелями в опыте Юнга можно увидеть на нижней схеме) и пустил сквозь них свет, наблюдая за созданным на стене узором.

Свет проходит сквозь две вертикальных щели и дифрагируется в виде двух вертикальных линий, расположенных горизонтально. Если бы не дифракция и интерференция, то свет просто создал две линии

Двойственность волновых частичек

Из-за волновых характеристик свет проходит сквозь щели и сталкивается, формируя светлые и темные регионы на стене. Он рассеивается и поглощается стеной, приобретая черты частиц.

Эксперимент Юнга

Почему опыт Юнга с двумя щелями всех убедил? Гюйгенс оказался изначально прав, но ему не удавалось показать на практике свои выводы. Свет обладает относительно короткими длинами волн, поэтому для демонстрации обязан контактировать с чем-то небольшим.

В примере используется два когерентных световых источника с одной монохроматической длиной волны (в единой фазе). То есть, два источника будут создавать конструктивные или деструктивные помехи.

Конструктивные и деструктивные помехи

Конструктивные помехи появляются, если волны мешают по гребням, но совпадают в фазе. Это будет усиливать результирующую волну. Деструктивные мешают друг другу полностью и не совпадают, что отменяет волну.

Две щели формируют два когерентных волновых источника, мешающих друг другу. (а) – Свет рассеивается от каждой щели, из-за их узости. Волны перекрываются и мешают конструктивно (яркие линии) и деструктивно (темные участки). (b) – Узор двойной щели для водных волн практически совпадает со световыми. Наибольшая активность заметна на участках с деструктивными помехами. (с) – При попадании света на экран, мы сталкиваемся с подобным шаблоном

Волновые амплитуды складываются. (а) – Чистая конструктивная помеха возможна, если одинаковые волны сходятся по фазе. (b) – Чистая деструктивная помеха – одинаковые волны точно не сходятся по фазе

Созданный узор не будет случайным. Каждая щель расположена на определенной дистанции. Все волны начинаются с одной фазы, но дистанция от точки на стене к щели создает тип помехи.

---