Lär dig mer om Thomas Youngs experiment med dubbla slitsar som stred mot Newtons ljusteori. Lär dig om Thomas Youngs experiment med dubbla slitsar. Contunico ZDF Enterprises GmbH, Mainz Se alla videor för den här artikeln
Observationen av störningseffekter indikerar definitivt förekomsten av överlappande vågor. Thomas Young antog att ljuset är en våg och är föremål för superpositionsprincipen; hans stora experimentella prestation var att visa ljusets konstruktiva och destruktiva störning (c. 1801). I en modern version av Youngs experiment, skiljer det sig väsentligt endast i ljuskällan, en laser lika tänds två parallella slitsar i en annars ogenomskinlig yta. Ljuset som passerar genom de två slitsarna observeras på en avlägsen skärm. När slitsens bredd är betydligt större än ljusets våglängd, gäller reglerna för geometrisk optik - ljuset kastar två skuggor och det finns två upplyst regioner på skärmen. Eftersom slitsarna är smalare i bredden, bryts ljuset in i den geometriska skuggan och ljusvågorna överlappar varandra på skärmen. (Diffraktion orsakas i sig av vågens natur, som ett annat exempel på störningseffekt - det diskuteras mer detaljerat nedan.)
Superpositionsprincipen bestämmer det resulterande intensitetsmönstret på den upplysta skärmen. Konstruktiv störning inträffar när skillnaden i banor från de två slitsarna till en punkt på skärmen är lika med en väsentlig antal våglängder (0, λ, 2λ, ...). Denna vägskillnad garanterar att toppar från de två vågorna anländer samtidigt. Destruktiv störning uppstår från vägskillnader som motsvarar ett halvintegralt antal våglängder (λ / 2, 3λ / 2, ...). Young använde geometriska argument för att visa att superpositionen för de två vågorna resulterar i en serie med lika fördelade band, eller fransar, med hög intensitet, motsvarande regioner med konstruktiv interferens, åtskilda av mörka regioner med fullständig destruktiv interferens.
Youngs experiment med dubbla slitsar När monokromatiskt ljus som passerar genom två smala slitsar belyser en avlägsen skärm observeras ett karakteristiskt mönster av ljusa och mörka fransar. Detta störningsmönster orsakas av överlagringen av överlappande ljusvågor som härrör från de två slitsarna. Regioner med konstruktiv störning, som motsvarar ljusa fransar, produceras när vägskillnaden från de två slitsarna till kanten är ett integrerat antal ljusets våglängder. Destruktiv störning och mörka fransar produceras när vägskillnaden är ett halvt integrerat antal våglängder. Encyclopædia Britannica, Inc.
En viktig parameter i dubbel-slitsgeometrin är förhållandet mellan våglängden för ljuset λ och slitsens avstånd d . Om λ / d är mycket mindre än 1, kommer avståndet mellan på varandra följande störningskanter att vara litet och störningseffekterna kanske inte kan observeras. Med hjälp av snävt separerade slitsar kunde Young separera störningskanterna. På detta sätt bestämde han våglängderna för synligt ljus. De mycket korta våglängderna för synligt ljus förklarar varför störningseffekter observeras endast under speciella omständigheter - avståndet mellan källorna till störande ljusvågor måste vara mycket litet för att separera regioner med konstruktiv och destruktiv störning.
hur spriddes den svarta pesten
Att observera störningseffekter är utmanande på grund av två andra svårigheter. De flesta ljuskällor avger ett kontinuerligt våglängdsområde, vilket resulterar i många överlappande interferensmönster, var och en med olika fransavstånd. Många interferensmönster tvättar de mest uttalade störningseffekterna, såsom regionerna med fullständigt mörker. För det andra måste de två ljuskällorna vara för att ett störningsmönster ska kunna observeras under en längre tid sammanhängande med avseende på varandra. Detta innebär att ljuskällorna måste hålla en konstant fas relation. Till exempel har två harmoniska vågor av samma frekvens alltid ett fast fasförhållande vid varje punkt i rymden, antingen i fas, ur fas eller i något mellanliggande förhållande. De flesta ljuskällor avger dock inte riktiga harmoniska vågor; istället avger de vågor som genomgår slumpmässiga fasförändringar miljoner gånger per sekund. Ett sådant ljus kallas osammanhängande. Störning uppstår fortfarande när ljusvågor från två osammanhängande källor överlappar varandra i rymden, men störningsmönstret fluktuerar slumpmässigt när vågornas faser växlar slumpmässigt. Ljusdetektorer, inklusive ögat, kan inte registrera de snabbt skiftande störningsmönstren, och endast en tidsgenomsnittlig intensitet observeras. Laserljus är ungefär monokromatiskt (består av en enda våglängd) och är mycket koherent; det är alltså en idealisk källa för att avslöja störningseffekter.
Efter 1802 kunde Youngs mätningar av våglängderna för synligt ljus kombineras med de relativt grova bestämningarna av den tillgängliga ljushastigheten vid den tiden för att beräkna de ungefärliga ljusfrekvenser. Till exempel är frekvensen för grönt ljus cirka 6 × 1014Hz (hertz eller cykler per sekund). Denna frekvens är många storleksordningar större än frekvenserna för vanliga mekaniska vågor. Som jämförelse kan människor höra ljud vågor med frekvenser upp till cirka 2 × 104Hz. Exakt vad som svängde i en så hög takt förblev ett mysterium i ytterligare 60 år.
Copyright © Alla Rättigheter Förbehållna | asayamind.com