Huygens princip
Jag går just nu tredje året på gymnasiet, och vi håller för tillfället på att arbeta med olika typer av vågrörelser, främst ljus. Ett av de försök vi har gjort går ut på att låta monokromt laserljus passera genom olika typer av spalter (enkelspalt, dubbelspalt, respektive gitter)
för att därefter träffa en skärm ett par meter bort. I samtliga fall uppstår som ni säkert känner till ljusfläckar symmetriskt kring centralpunkten på skärmen.
I läroboken beskrivs fenomenet så att spaltöppningarna, då de är tillräckligt små, böjer av ljusvågorna, vilka sedan interfererar med varandra varvid utsläckningar (noder) och förstärkningar (bukar) av ljuset uppstår.
De drar paralleller till två vattenvågor som interfererar med varandra och även de bildar förstärkningar respektive försvagningar. Emellertid talar de endast om dubbelspalter, respektive gitter. Men, hur applicerar man denna liknelse på försöket med enkelspalten, där man ju bara har en störningskälla för ljuset?
Min fysiklärare kunde inte svara på min fråga, så därför vänder jag mig till er och hoppas på ett intressant svar.
/Johan W, Nicolaiskolan, Helsingborg 1998-11-28
När man ska härleda interferensmönstret i en enkel spalt utgår
man från
en vågfront, utgör en källa till en halvsfärisk våg. Låter man
alla dessa vågor interferera med varandra, får man den nya vågfronten.
I fallet med enkelspalten, kan man skippa en dimension (den längs
spalten), och analysera problemet i två dimensioner. Man delar in
spalten i ett stort antal punkter, och låter sfäriska vågor från
dessa interferera. Man finner ganska enkelt, att ljuset får maxima
i riktningar (vinkel=v) som uppfyller:
sin(v) = nl/d
Ljusets våglängd = l, spaltvidden = d, n = heltal
Man kan även härleda brytningslagen
n1 sin(i) = n2 sin(r)
med Huygens princip, se bilden nedan och java-appleten Huygen's Principle and Reflection and Refraction of Waves
. Lägg märke till att halvcirklarna är större i det gula mediet (brytningsindex n1=1) än i det gröna mediet (brytningsindex n2=2). Detta beror på att ljushastigheten v i ett medium med brytningsindex n ges av v=c/n, dvs ljusets hastighet är större i det gula mediet (c är som vanligt ljushastigheten i vakuum).
Experiment 1: Dra med en vass kniv en skåra i ett papper.
Titta genom skåran på en skarp ljuskälla. En gatlykta med en
högtrycksnatriumlampa brukar vara bra (gult ljus). Fysiken finns också utanför labbet!
Experiment 2: Behövs: En gatlykta och ett träd eller en buske.
Håll för ena ögat och ställ dig så, att en gren precis täcker
gatlyktan. Titta nu på smågrenar nära denna punkt. Det lyser på
båda sidorna av grenen. Det kan alltså inte vara reflexion (spegling). Det är ljusböjning, som beror på att ljuset
är en vågrörelse. På sätt och vis omvändingen till enkelspalten.
Se länk 1 för mer om refraktion. General Physics Java Applets innehåller Java applets för enkel- och dubbelspalt (se under optics).
Länkar till externa sidor kan inte garanteras bibehålla informationen som fanns vid tillfället när frågan besvarades.
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons: Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar