Pozorovanie interferenčného obrazca pomocou sklenených platní. Pracovný postup

Laboratórne práce № 13

téma: "Pozorovanie interferencie a difrakcie svetla"

Účel práce: experimentálne študovať fenomén interferencie a difrakcie.

Vybavenie: elektrická lampa s rovným vláknom (jedna na triedu), dve sklenené dosky, sklenená trubica, pohár s mydlovým roztokom, drôtený krúžok s rúčkou s priemerom 30 mm, CD, strmeň, nylonová tkanina.

teória:

Rušenie je jav charakteristický pre vlny akejkoľvek povahy: mechanické, elektromagnetické.

Rušenie vĺn – sčítanie v priestore dvoch (alebo viacerých) vĺn, v ktorých sa v rôznych bodoch získa zosilnenie alebo zoslabenie výslednej vlny.

Rušenie sa zvyčajne pozoruje pri superponovaní vĺn vyžarovaných rovnakým zdrojom svetla, ktoré prichádzajú do daného bodu rôzne cesty. Nie je možné získať interferenčný obrazec z dvoch nezávislých zdrojov, pretože molekuly alebo atómy vyžarujú svetlo v samostatných sledoch vĺn, nezávisle od seba. Atómy vyžarujú fragmenty svetelných vĺn (vlaky), v ktorých sú fázy kmitov náhodné. Tsugi sú dlhé asi 1 meter. Vlnové sledy rôznych atómov sú navzájom superponované. Amplitúda výsledných kmitov sa s časom chaoticky mení tak rýchlo, že oko nestihne túto zmenu obrázkov pocítiť. Preto človek vidí priestor rovnomerne osvetlený. Na vytvorenie stabilného interferenčného vzoru sú potrebné zdroje koherentných (zhodných) vĺn.

koherentný nazývané vlny, ktoré majú rovnakú frekvenciu a konštantný fázový rozdiel.

Amplitúda výsledného posunu v bode C závisí od rozdielu dráhy vĺn vo vzdialenosti d2 – d1.

Maximálny stav

, (Ad=d2-d1 )

kde k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(rozdiel v dráhe vĺn sa rovná párnemu počtu polvln)

Vlny zo zdrojov A a B prídu do bodu C v rovnakých fázach a „vzájomne sa zosilnia“.

φ A \u003d φ B - fázy kmitov

Δφ=0 - fázový rozdiel

A = 2X max

Minimálny stav

, (Ad=d2-d1)

kde k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(rozdiel v dráhe vĺn sa rovná nepárnemu počtu polvln)

Vlny zo zdrojov A a B prídu do bodu C v protifáze a „vzájomne sa uhasia“.

φ A ≠φ B - fázy kmitania

Δφ=π - fázový rozdiel

A = 0 je amplitúda výslednej vlny.

interferenčný vzor– pravidelné striedanie plôch s vysokou a nízkou intenzitou osvetlenia.

Rušenie svetla- priestorové prerozdelenie energie svetelného žiarenia pri superponovaní dvoch alebo viacerých svetelných vĺn.

V dôsledku difrakcie sa svetlo odchyľuje od priamočiareho šírenia (napríklad v blízkosti okrajov prekážok).

Difrakcia – jav odklonu vĺn od priamočiareho šírenia pri prechode malými otvormi a obchádzaní malých prekážok vlnou.

Stav prejavu difrakcie: d< λ , kde d- veľkosť prekážky, λ - vlnová dĺžka. Rozmery prekážok (otvorov) musia byť menšie alebo úmerné vlnovej dĺžke.

Existencia tohto javu (difrakcia) obmedzuje rozsah zákonov geometrickej optiky a je dôvodom limitujúcej rozlišovacej schopnosti optických prístrojov.

Difrakčná mriežka- optické zariadenie, ktoré je periodickou štruktúrou o Vysoké číslo pravidelne rozmiestnené prvky, na ktorých sa svetlo ohýba. Ťahy s profilom definovaným a konštantným pre danú difrakčnú mriežku sa opakujú v pravidelných intervaloch d(mriežkové obdobie). Schopnosť difrakčnej mriežky rozložiť na ňu dopadajúci lúč svetla na vlnové dĺžky je jej hlavnou vlastnosťou. K dispozícii sú reflexné a priehľadné difrakčné mriežky. AT moderné spotrebiče používajú sa hlavne reflexné difrakčné mriežky.

Podmienka dodržania difrakčného maxima:

d sinφ=k λ, kde k=0; ± 1; ±2; ± 3; d- obdobie strúhania , φ - uhol, pod ktorým sú pozorované maximá, a λ - vlnová dĺžka.

Z maximálneho stavu to vyplýva sinφ = (k A)/d.

Nech k=1 teda sinφ cr =λ cr /d a sinφ f =λ f /d.

To je známe λ cr >λ f, V dôsledku toho sinφ cr>sinφ f. Pretože y= sinφ f - funkcia sa teda zvyšuje φ cr >φ f

Preto Fialová v difrakčnom spektre sa nachádza bližšie k stredu.

Pri javoch interferencie a difrakcie svetla sa dodržiava zákon zachovania energie. V oblasti rušenia sa svetelná energia iba prerozdeľuje bez toho, aby sa premieňala na iné druhy energie. Nárast energie v niektorých bodoch interferenčného obrazca vzhľadom na celkovú svetelnú energiu je kompenzovaný jej poklesom v iných bodoch (celková svetelná energia je svetelná energia dvoch svetelných lúčov z nezávislých zdrojov). Svetlé pruhy zodpovedajú energetickým maximám, tmavé pruhy energetickým minimám.

Pracovný postup:

Skúsenosti 1.Ponorte drôtený krúžok do mydlového roztoku. Na drôtenom krúžku sa vytvorí mydlový film.

Umiestnite ho vertikálne. Pozorujeme svetlé a tmavé horizontálne pruhy, ktorých šírka sa mení so zmenou hrúbky filmu.

Vysvetlenie. Vzhľad svetlých a tmavých pásov sa vysvetľuje interferenciou svetelných vĺn odrazených od povrchu filmu. trojuholník d = 2h. Rozdiel v dráhe svetelných vĺn sa rovná dvojnásobku hrúbky filmu. Pri zvislom umiestnení má fólia klinovitý tvar. Rozdiel v dráhe svetelných vĺn v jeho hornej časti bude menší ako v jeho spodnej časti. Na tých miestach filmu, kde sa dráhový rozdiel rovná párnemu počtu polovičných vĺn, sú pozorované svetlé pruhy. A s nepárnym počtom polovičných vĺn - tmavé pruhy. Horizontálne usporiadanie pruhov sa vysvetľuje horizontálnym usporiadaním čiar rovnakej hrúbky filmu.

Mydlový film osvetlíme bielym svetlom (z lampy). Pozorujeme sfarbenie svetlé pruhy do spektrálnych farieb: hore - modrá, dole - červená.

Vysvetlenie. Toto sfarbenie sa vysvetľuje závislosťou polohy svetelných pásov od vlnovej dĺžky dopadajúcej farby.

Tiež pozorujeme, že pásy, ktoré sa rozširujú a zachovávajú si svoj tvar, sa pohybujú nadol.

Vysvetlenie. Je to spôsobené znížením hrúbky filmu, pretože mydlový roztok steká dole pôsobením gravitácie.

Skúsenosť 2. Vyfúknite mydlovú bublinu pomocou sklenenej trubice a dôkladne ju preskúmajte. Pri osvetlení bielym svetlom pozorujte tvorbu farebných interferenčných prstencov, zafarbených v spektrálnych farbách. Horný okraj každého svetelného krúžku má Modrá farba, spodná je červená. Keď sa hrúbka filmu znižuje, krúžky, ktoré sa tiež rozširujú, sa pomaly pohybujú nadol. Ich prstencový tvar sa vysvetľuje prstencovým tvarom čiar rovnakej hrúbky.

Odpovedz na otázku:

1. Prečo? bublina sú dúhové?
2. Aký tvar majú dúhové pruhy?
3. Prečo sa farba bubliny neustále mení?

Skúsenosť 3. Dôkladne utrite dve sklenené dosky, zložte a stlačte prstami. V dôsledku neideálneho tvaru kontaktných plôch sa medzi doskami vytvárajú najtenšie vzduchové dutiny.

Keď sa svetlo odráža od povrchov dosiek, ktoré tvoria medzeru, objavia sa jasné dúhové pruhy - prstencový alebo nepravidelný tvar. Keď sa zmení sila stláčajúca dosky, zmení sa usporiadanie a tvar pásov. Nakreslite obrázky, ktoré vidíte.

Vysvetlenie: Povrchy dosiek nemôžu byť dokonale rovné, preto sa dotýkajú len na niekoľkých miestach. Okolo týchto miest sa tvoria najtenšie vzduchové kliny. rôznych tvarov poskytnúť obraz rušenia. V prechádzajúcom svetle je maximálny stav 2h=kl

Odpovedz na otázku:

1. Prečo sú v miestach kontaktu dosiek pozorované svetlé dúhové prstencové alebo nepravidelne tvarované pruhy?
2. Prečo sa tvar a umiestnenie interferenčných prúžkov mení s tlakom?

Skúsenosť 4.Pozrite sa pozorne pod rôzne uhly povrch CD (na ktorý sa zapisuje).

Vysvetlenie: Jas difrakčných spektier závisí od frekvencie drážok uložených na disku a od uhla dopadu lúčov. Takmer rovnobežné lúče dopadajúce z vlákna žiarovky sa odrážajú od susedných vydutín medzi drážkami v bodoch A a B. Lúče odrazené pod uhlom rovnajúcim sa uhlu dopadu vytvárajú obraz vlákna žiarovky vo forme bielej čiary. Lúče odrazené v iných uhloch majú určitý rozdiel v dráhe, v dôsledku čoho sa pridávajú vlny.

čo pozoruješ? Vysvetlite pozorované javy. Opíšte interferenčný vzor.

Povrch CD je špirálovitá stopa s výškou úmernou vlnovej dĺžke viditeľné svetlo. Na jemne štruktúrovanom povrchu sa objavujú difrakčné a interferenčné javy. Hlavné prvky CD sú dúhové.

Skúsenosti 5. Posúvame posúvač strmeňa, kým sa medzi čeľusťami nevytvorí medzera široká 0,5 mm.

Skosenú časť piškót priložíme k oku (medzeru umiestnime zvisle). Cez túto medzeru sa pozeráme na vertikálne umiestnený závit horiacej lampy. Na oboch stranách nite pozorujeme rovnobežné s ňou dúhové pruhy. Šírku štrbiny meníme v rozmedzí 0,05 - 0,8 mm. Pri prechode do užších štrbín sa pásy vzďaľujú, rozširujú a vytvárajú zreteľné spektrá. Pri pohľade cez najširší rozparok sú strapce veľmi úzke a blízko seba. Nakreslite obrázok, ktorý vidíte v zošite. Vysvetlite pozorované javy.

Skúsenosti 6. Pozrite sa nylonová tkanina na vlákne horiacej lampy. Otáčaním látky okolo osi docielite jasný difrakčný obrazec v podobe dvoch difrakčných pásov prekrížených v pravom uhle.

Vysvetlenie: V strede kôry je viditeľné maximum difrakcie biela farba. Pri k=0 sa rozdiel dráhy vlny rovná nule, takže centrálne maximum je biele. Kríž je získaný, pretože vlákna tkaniny sú dve difrakčné mriežky zložené dohromady s navzájom kolmými štrbinami. Vzhľad spektrálnych farieb sa vysvetľuje skutočnosťou, že biele svetlo pozostáva z vĺn rôzne dĺžky. Difrakčné maximum svetla pre rôzne vlnové dĺžky sa získa na rôznych miestach.

Načrtnite pozorovaný difrakčný kríž. Vysvetlite pozorované javy.

Zaznamenajte výstup. Uveďte, v ktorom z vašich experimentov bol pozorovaný jav interferencie a v ktorom difrakcia.

Kontrolné otázky:

1. čo je svetlo?
2. Kto dokázal, že svetlo je elektromagnetické vlnenie?
3. Čo sa nazýva interferencia svetla? Aké sú maximálne a minimálne podmienky pre rušenie?
4. Môžu svetelné vlny z dvoch žiaroviek rušiť? prečo?
5. Aká je difrakcia svetla?
6. Závisí poloha hlavného difrakčného maxima od počtu štrbín mriežky?

Úloha 1. Pozorovanie interferencie svetla na vzduchovom filme.

1. Sklenené pláty dôkladne utrieme, priložíme k sebe a stlačíme prstami.

2. Doštičky skúmajte v odrazenom svetle na tmavom pozadí (musia byť umiestnené tak, aby sa na povrchu skla nevytvárali príliš svetlé odrazy od okien alebo bielych stien).

3. Na niektorých miestach, kde sa dosky dotýkajú, možno pozorovať svetlé dúhové prstencové alebo nepravidelne tvarované pruhy.

4. Všimnite si zmeny v tvare a umiestnení získaných interferenčných prúžkov so zmenou tlaku.

5. Pokúste sa vidieť interferenčný obrazec v prechádzajúcom svetle.

6. Nakreslite obrázky, ktoré vidíte.

Odpovedz na otázku:

a) Prečo sú na oddelených miestach kontaktu medzi doskami pozorované svetlé dúhové prstencové alebo nepravidelne tvarované pruhy?

b) Prečo sa mení tvar a umiestnenie získaných interferenčných prúžkov so zmenou tlaku?

Úloha 2. Pozorovanie interferencie svetla na mydlovom filme.

1. Vytvorte mydlový roztok.

2. Získajte mydlový film na drôtený krúžok a umiestnite ho vertikálne.

3. V zatemnenej triede sledujte vzhľad svetlých a tmavých pásov na filme.

4. Osvetlite mydlový film svetlom z lampy alebo baterky.

5. Pozorujte sfarbenie svetelných pásov v spektrálnych farbách.

6. Spočítajte počet pásov rovnakej farby, ktoré sú súčasne pozorované na filme.

7. Zistite, či sa orientácia a tvar pruhov mení, keď sa rám otáča vo vertikálnej rovine.

8. Nakreslite obrázky, ktoré vidíte.

Odpovedz na otázku:

a)Čo vysvetľuje prítomnosť svetlých a tmavých pásov na začiatku experimentu?

b) Prečo sa objavujú spektrálne farby, keď je film osvetlený svetlom?

c) Prečo pruhy, ktoré sa rozširujú a zachovávajú si svoj tvar, stekajú dole?

Úloha 3. Pozorovanie interferencie svetla na mydlovej bubline.

1. Vyfúknite mydlovú bublinu.

2. Pri osvetlení bielym svetlom pozorujte tvorbu farebných interferenčných krúžkov.

Odpovedz na otázku:

a) Prečo sú mydlové bubliny dúhové?

b) Prečo sa farba bubliny neustále mení?

c) Aký tvar majú dúhové pruhy?

Úloha 4. Temperované farby.

1. Vezmite si žiletku s pinzetou a zahrejte ju nad plameňom horáka.

2. Načrtnite pozorovaný obrázok.

Odpovedz na otázku:

a) Aký jav ste spozorovali?

b) Ako sa to dá vysvetliť?

c) Aké farby a v akom poradí sa objavili na čepeli, keď bola zahrievaná?

Štúdium difrakcie svetla.

Úloha 1. Pozorovanie difrakcie svetla úzkou štrbinou.

1. Medzi čeľusťami strmeňa nainštalujte medzeru 0,5 mm.

2. Pripojte štrbinu blízko oka a umiestnite ju vertikálne.

3. Pri pohľade cez štrbinu na vertikálne umiestnené vlákno žiarovky pozorujte dúhové pruhy (difrakčné spektrá) na oboch stranách vlákna.

4. Zmenou šírky štrbiny z 0,5 na 0,8 mm si všimnite, ako táto zmena ovplyvňuje difrakčné spektrá.

5. Nakreslite obrázok, ktorý vidíte v zošite.

Úloha 2. Pozorovanie difrakcie na nylonovej tkanine.

1. Pozrite sa cez nylonovú tkaninu na vlákno horiacej lampy.

2. Otáčaním látky okolo osi docielite jasný difrakčný obrazec v podobe dvoch difrakčných pásov prekrížených v pravom uhle.

3. Načrtnite pozorovaný difrakčný kríž.

Odpovedz na otázku:

a) Prečo vznikol tento difrakčný kríž?

b)Čo vysvetľuje vzhľad spektrálnych farieb?

Úloha 3. Pozorovanie difrakcie svetla na laserovom disku.

1. Položte CD vodorovne vo výške očí.

2. Nakreslite tento obrázok.

Odpovedz na otázku:

a)Čo je na disku?

b) Aké javy ste pozorovali?

APLIKÁCIA

Difrakcia svetla- ide o odchýlku svetelných lúčov od priamočiareho šírenia pri prechode úzkymi štrbinami, malými otvormi alebo pri ohýbaní sa okolo malých prekážok.
Fenomén difrakcie svetla dokazuje, že svetlo má vlnové vlastnosti. Ak chcete pozorovať difrakciu, môžete:

Prechádzajte svetlom zo zdroja cez veľmi malý otvor alebo umiestnite clonu do veľkej vzdialenosti od otvoru. Potom je na obrazovke pozorovaný komplexný obraz svetlých a tmavých sústredných prstencov.

Alebo nasmerujte svetlo na tenký drôt, potom budú na obrazovke av puzdre pozorované svetlé a tmavé pruhy biele svetlo- dúhový pruh

Difrakčná mriežka je optický prístroj na meranie vlnovej dĺžky svetla.

Difrakčná mriežka je súbor veľkého počtu veľmi úzke medzery oddelené nepriehľadnými medzerami.

Ak na mriežku dopadá monochromatická vlna, potom štrbiny (sekundárne zdroje) vytvárajú koherentné vlny. Za mriežkou je umiestnená zbiehavá šošovka a potom clona. V dôsledku interferencie svetla z rôznych štrbín mriežky je na obrazovke pozorovaný systém maxím a miním.

Rozdiel dráhy medzi vlnami z okrajov susedných štrbín sa rovná dĺžke segmentu AC. Ak sa na tento segment zmestí celý počet vlnových dĺžok, potom sa vlny zo všetkých slotov navzájom zosilnia. Pri použití bieleho svetla majú všetky maximá (okrem centrálneho) dúhovú farbu.

d = a + b - mriežková perióda

a - šírka štrbiny; b - dĺžka

d = 1/N je konštanta difrakčnej mriežky.

N - Počet zdvihov.

φ - uhol vychýlenia svetelných vĺn v dôsledku difrakcie

φ = kλ - vzorec difrakčnej mriežky.

k - Poradie maxima (0, ±1, ±2, ...)

λ = - vlnová dĺžka

Rušenie svetla- priestorové prerozdelenie svetelného toku pri superponovaní dvoch (alebo viacerých) koherentných svetelných vĺn, v dôsledku čoho sa na niektorých miestach objavia maximá intenzity a na iných minimá (interferenčný obrazec).

Maximálny stav: Minimálny stav:

Aplikácia interferencie svetla:

1. Meranie dĺžky s veľmi vysokou presnosťou; to umožnilo poskytnúť ľahko reprodukovateľnú a pomerne presnú definíciu jednotky dĺžky - metra v závislosti od vlnovej dĺžky oranžovej kryptónovej čiary. Interferenčné komparátory umožňujú porovnávať veľkosti až do 1 metra s presnosťou 0,05 mikrónu; menšie rozmery je možné merať s ešte väčšou presnosťou. Takáto vysoká presnosť je spôsobená tým, že zmena dráhového rozdielu o desatinu vlnovej dĺžky výrazne posunie interferenčné prúžky.

2. Účinok veľkého počtu optických zariadení pod spoločný názov interferometre, ktoré sa používajú na rôzne merania. V optomechanickom priemysle sa interferometre používajú na kontrolu kvality optických systémov a na kontrolu povrchu jednotlivých optických častí. V kovospracujúcom priemysle - kontrolovať čistotu spracovania kovových povrchov. Štúdium a kontrola leštenia zrkadlových povrchov sa vykonáva s presnosťou stotín vlnovej dĺžky.

3. Pomocou javu interferencie sa určuje množstvo najdôležitejších veličín charakterizujúcich látky: koeficient rozťažnosti pevné látky(dilatometre), index lomu plynných, kvapalných a pevných telies (refraktometre) atď. Interferenčné dilatometre umožňujú fixáciu predĺženia vzorky o 0,02 µm.

4. Interferenčné spektroskopy sú široko používané na štúdium spektrálneho zloženia žiarenia rôznych látok.

5. Interferenciou polarizovaných lúčov sa určujú hodnoty vnútorných napätí v rôznych častiach (metóda fotoelasticity).

Prvý experiment na pozorovanie interferencie svetla v laboratóriu patrí I. Newtonovi. Pozoroval interferenčný obrazec vznikajúci odrazom svetla v tenkej vzduchovej medzere medzi plochou sklenenou doskou a plankonvexnou šošovkou s veľkým polomerom zakrivenia. Interferenčný obrazec vyzeral ako sústredné krúžky, nazývané Newtonove krúžky.

Temperované farby.

Temperované farby - dúhová farba, ktorá sa objavuje na čistom povrchu vyhrievanej ocele v dôsledku vytvorenia tenkého oxidového filmu na ňom. Hrúbka filmu závisí od teploty ohrevu ocele: filmy rôznych hrúbok odrážajú svetelné lúče rôznymi spôsobmi, čo je dôvodom určitých odtieňov farieb (pozri tabuľku). Na legovaných oceliach (do ktorých sa pridávajú iné kovy na prepožičanie určitých vlastností) sa pri vyšších teplotách objavujú rovnaké farebné odtiene.

Selektívne pozorovanie: pojem, typy, výberové chyby, vyhodnotenie výsledkov. Príklady riešenia problémov

D) úplnosť pokrytia chorých detí dispenzárnym pozorovaním

Dynamické pozorovanie a kontrola, prevencia návratu k fajčeniu

Difrakcia svetla. Fraunhoferova difrakcia na difrakčnej mriežke.

1. Účel práce: študovať vlastnosti interferencia a difrakcia svetla.

2. Literatúra:

2.1. Kasyanov V.A. fyzika. 11. ročník: učebnica pre všeobecné vzdelávanie vzdelávacie inštitúcie. - M., 2003. Paragrafy 44, 45, 47.

2.2. Abstrakt prednášok z predmetu "Fyzika".

3. Príprava na prácu:

3.1. Ak chcete získať pracovné povolenie, odpovedzte na testovacie otázky:

3.1.1. Aký jav sa nazýva interferencia?

3.1.2. Aké vlny sa nazývajú koherentné? Vymenujte metódy na získanie zdrojov koherentných vĺn.

3.1.3. Aký jav sa nazýva difrakcia?

3.1.4. Čo je Huygensov-Fresnelov princíp?

3.2. Pripravte formulár správy v súlade s odsekom 6.

4. Zoznam potrebné vybavenie:

4.2. Elektronické vydanie"Laboratórne práce vo fyzike ročníky 10-11": Drop, 2005. Laboratórna práca č.12.

5. Poradie výkonu práce:

Zapnite počítač. Laboratórna práca č. 12. Zvážte vybavenie experimentu (obr. 1).

5.2. Zapáľte duchovnú lampu (2) a priveďte do plameňa kúsok vaty (3) navlhčenej roztokom chloridu sodného.

5.3. Ponorte drôtený krúžok do mydlového roztoku, aby sa vytvoril mydlový film.

5.4. Načrtnite interferenčný obrazec získaný na filme pri osvetlení žltým svetlom liehovej lampy (obr. 2). Vysvetlite postupnosť farby v interferenčnom obrazci, keď je film osvetlený bielym svetlom.

5.5. Pomocou sklenenej trubice vyfúknite malú mydlovú bublinu na povrch mydlového roztoku. Vysvetlite dôvod pohybu interferenčných krúžkov smerom nadol.

5.6. Opíšte interferenčný obrazec pozorovaný na dvoch stlačených sklenených platniach. Ako sa mení pozorovaný vzor, ​​keď sa zväčšuje sila, ktorá stláča dosky k sebe?

5.7. Popíšte interferenčný obrazec, keď je CD osvetlené. Náčrt dva difrakčné obrazce pozorované pri skúmaní vlákna horiacej lampy cez štrbinu strmeňa (so šírkou štrbiny 0,05 a 0,8 mm). Popíšte zmenu charakteru interferenčného obrazca s plynulým otáčaním strmeňa okolo zvislej osi so šírkou štrbiny 0,8 mm. Umiestnite rám so závitom na pozadie horiacej lampy rovnobežne s vláknom (obr. 3). Posúvaním rámu vzhľadom na oko sa uistite, že v strede, v oblasti geometrického tieňa vlákna, je pozorovaný svetelný pás. Načrtnite difrakčný obrazec pozorovaný pre tenké vlákno.

5.8. Pozrite sa cez čiernu nylonovú tkaninu na vlákno horiacej lampy. Otáčaním látky okolo osi docielite jasný difrakčný obrazec v podobe dvoch difrakčných pásov prekrížených v pravom uhle. Načrtnite pozorovaný difrakčný kríž, popíšte ho.

6.1. Číslo a názov diela.

6.2. Účel práce.

6.3. Obrázok interferenčného obrazca (obr. 2) a jeho vysvetlenie.

6.4. Vysvetlenie interferenčného obrazca na povrchu mydlovej bubliny.

6.5. Výkres interferenčného obrazca pozorovaného z dvoch stlačených sklenených dosiek. Vysvetlenie jeho zmeny pri stláčaní platničiek.

6.6. Popis interferenčného vzoru pri osvetlení CD.

6.7. Kreslenie dvoch difrakčných obrazcov na štrbine 0,05 a 0,8 mm. Popíšte jeho zmenu plynulým otáčaním štrbiny okolo zvislej osi.

6.8. Kreslenie difrakčného vzoru na tenkú niť.

6.9. Kreslenie difrakčného vzoru na kaprónovej nite. difrakčný kríž.

Laboratórna práca číslo 13.

téma: Pozorovanie javov interferencie a difrakcie svetla.

Účel práce: experimentálne študovať fenomén interferencie a difrakcie.

Vybavenie:

• poháre s roztokom mydla;
• drôtený krúžok s rukoväťou;
• nylonová tkanina;
• CD;
• žiarovka;
• posuvné meradlá;
• dve sklenené dosky;
• čepeľ;
• pinzety;
• nylonová tkanina.

Teoretická časť

Rušenie je jav charakteristický pre vlny akejkoľvek povahy: mechanické, elektromagnetické. Vlnová interferencia je sčítanie dvoch (alebo viacerých) vĺn v priestore, v ktorých sa v rôznych bodoch získa zosilnenie alebo zoslabenie výslednej vlny. Na vytvorenie stabilného interferenčného vzoru sú potrebné zdroje koherentných (zhodných) vĺn. Koherentné vlny sú vlny, ktoré majú rovnakú frekvenciu a konštantný fázový rozdiel.

Maximálne podmienky Ad = ±kλ, minimálne podmienky, Ad = ± (2k + 1)A/2 kde k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(rozdiel v dráhe vĺn sa rovná párnemu počtu polvln

Interferenčný obrazec je pravidelné striedanie oblastí so zvýšenou a zníženou intenzitou svetla. Svetelná interferencia je priestorové prerozdelenie energie svetelného žiarenia pri superponovaní dvoch alebo viacerých svetelných vĺn. V dôsledku toho sa pri javoch interferencie a difrakcie svetla dodržiava zákon zachovania energie. V oblasti rušenia sa svetelná energia iba prerozdeľuje bez toho, aby sa premieňala na iné druhy energie. Nárast energie v niektorých bodoch interferenčného obrazca vzhľadom na celkovú svetelnú energiu je kompenzovaný jej poklesom v iných bodoch (celková svetelná energia je svetelná energia dvoch svetelných lúčov z nezávislých zdrojov).
Svetlé pruhy zodpovedajú energetickým maximám, tmavé pruhy energetickým minimám.

Difrakcia je jav odchýlenia vĺn od priamočiareho šírenia pri prechode cez malé otvory a zaobľovaní malých prekážok vlnou. Podmienka pre prejav difrakcie: d< λ, kde d- veľkosť prekážky, λ - vlnová dĺžka. Rozmery prekážok (otvorov) musia byť menšie alebo úmerné vlnovej dĺžke. Existencia tohto javu (difrakcia) obmedzuje rozsah zákonov geometrickej optiky a je dôvodom limitujúcej rozlišovacej schopnosti optických prístrojov. Difrakčná mriežka je optické zariadenie, ktoré je periodickou štruktúrou veľkého počtu pravidelne usporiadaných prvkov, na ktorých sa ohýba svetlo. Ťahy s profilom definovaným a konštantným pre danú difrakčnú mriežku sa opakujú v pravidelných intervaloch d(mriežkové obdobie). Schopnosť difrakčnej mriežky rozložiť na ňu dopadajúci lúč svetla na vlnové dĺžky je jej hlavnou vlastnosťou. K dispozícii sú reflexné a priehľadné difrakčné mriežky. V moderných zariadeniach sa používajú hlavne reflexné difrakčné mriežky. Podmienka pre pozorovanie difrakčného maxima: d sin(φ) = ± kλ

Pokyny pre prácu

1. Ponorte drôtený rám do mydlového roztoku. Pozorujte a nakreslite interferenčný vzor v mydlovom filme. Keď je film osvetlený bielym svetlom (z okna alebo lampy), svetlé pruhy sú zafarbené: hore - modrá, dole - červená. Pomocou sklenenej trubice vyfúknite mydlovú bublinu. Sledujte ho. Pri osvetlení bielym svetlom sa pozoruje tvorba farebných interferenčných krúžkov. Keď sa hrúbka filmu znižuje, krúžky sa rozširujú a pohybujú sa nadol.

Odpovedz na otázku:

1. Prečo sú mydlové bubliny dúhové?
2. Aký tvar majú dúhové pruhy?
3. Prečo sa farba bubliny neustále mení?

2. Sklenené pláty dôkladne utrieme, priložíme k sebe a stlačíme prstami. Kvôli neideálnemu tvaru kontaktných plôch sa medzi doskami vytvárajú najtenšie vzduchové medzery, ktoré vytvárajú jasné dúhové prstencové alebo uzavreté nepravidelne tvarované pruhy. Keď sa zmení sila stláčajúca dosky, zmení sa umiestnenie a tvar pásov v odrazenom aj prechádzajúcom svetle. Nakreslite obrázky, ktoré vidíte.

Odpovedz na otázku:

1. Prečo sú na oddelených miestach kontaktu medzi doskami pozorované svetlé dúhové prstencové alebo nepravidelne tvarované pruhy?
2. Prečo sa mení tvar a umiestnenie získaných interferenčných prúžkov so zmenou tlaku?

3. Položte CD vodorovne na úroveň očí. čo pozoruješ? Vysvetlite pozorované javy. Opíšte interferenčný vzor.

4. Pozrite sa cez nylonovú tkaninu na vlákno horiacej lampy. Otáčaním látky okolo osi docielite jasný difrakčný obrazec v podobe dvoch difrakčných pásov prekrížených v pravom uhle. Načrtnite pozorovaný difrakčný kríž.

5. Pozorujte dva difrakčné obrazce pri skúmaní vlákna horiacej lampy cez štrbinu tvorenú čeľusťami strmeňa (so šírkou štrbiny 0,05 mm a 0,8 mm). Popíšte zmenu charakteru interferenčného obrazca, keď sa strmeň hladko otáča okolo zvislej osi (so šírkou štrbiny 0,8 mm). Opakujte tento experiment s dvoma čepeľami a pritlačte ich k sebe. Opíšte povahu interferenčného vzoru

Zaznamenajte svoje zistenia. Uveďte, v ktorom z vašich experimentov bol pozorovaný jav interferencie? difrakcia?