torsdag 11 februari 2010

Diffraktion och interferens

Den icke-inspelade föreläsningen handlade om hur vågor inte alltid går rakt fram. Det visades redan med Huyghens konstruktion, man kan visa det med en vågtank, och det finns simuleringar. En bra simulering är den här på PhET. Kör den! Titta på effekt av frekvens på våglängd. Se hur vågorna går lite vid sidan om vad som skulle vara spaltens skugga.

Ta bort spalten och använd två droppande kranar, gärna med lite högra frekvens. Observera interferensmönstret. Lägg till en detektor, dra "pennskrivaren" till högger, och flytta mätpunkten till olika ställen. Se att det inte finns någon vågrörelse på nodlinjerna, där båda jämstarka sändare är i motfas med varandra.

Gå nu tillbaka till en droppare, och lägg in en dubbelspalt. Flytt den lite närmare dropparen, och gör hålen lite smalare. Se att mönstret är som med två sändare. Det är som i Huyghens konstruktion: de båda spalten är nya sändare, som är i fas med varandra för att de kommer båda från samma källa.

Fortsätt med ljud (kolla "particles" och jämför med "greyscale") och med laserljus. Observera att avstånden och tiderna är mycket mindre än för en vågtank, men att mönstret är egentligen samma. Men för ljus går det inte att se svängningarna, inte ens med det snabbaste oscilloskopet. Man kan bara mäta intensiteter. Klicka därför på "show screen" och kanske också på "intensity graph".

Det var simuleringar. Jämför med en bild gjord med en kamera:

Spalten var 20 mikrometer bred, och var placerad på ett borrat hål i skyddslocket för en systemkamera (ingen lins). Den övre remsan visar bilden. De andra remsorna visar hur mönstret ser ut i de separata kanalerna för Röd, Grön och Blå. Längre vågor avlänkas mer, och det finns en tydlig effekt av våglångd för var minima hamnar. RGB-bilden ger de primära färgernas komplementärfärger: gul där blå har ett minimum, magenta där gröna våglängder utslocknar varandra, och cyan där rött ljus saknas.

Samma färger ser man också som fransar av konstant tjocklek i den här bilden av en såphinna på ett vinglas. Orsaken är interferens mellan ljus reflekterat från hinnans framsida och från hinnans baksida.

1 kommentar:

  1. Föröker hitta några lämpliga räkneuppgifter på de labbar vi gjorde i lördags för att kolla upp om jag har fattat det. Ngn som gjort några bra uppgifter om ljusdiffraktion/våglängdsberäkning? Vilken sida i vilken bok?

    SvaraRadera