При освещении двух близко расположенных параллельных щелей лучом лазера на экране возникает картина из чередующихся ярких и тёмных полос. Это явление вызвано волновой природой света.
Ключевые слова: волновая природа света, wave nature of light, interference on two slits
https://giga.chat
промт – перескажи текст
Видеоролик посвящен эксперименту, проведенному английским физиком Томасом Юнгом в 1803 году. В ходе эксперимента использовались две узкие щели, между которыми было небольшое расстояние. Когда через эти щели проходил свет фонаря, на экране появлялись две яркие полосы. Однако при уменьшении ширины щелей и увеличении расстояния между ними, вместо двух полос на экране возникала целая череда узких равноудаленных полосок. Это явление противоречило представлениям ученых того времени, считавших, что свет распространяется прямыми лучами.
Для объяснения наблюдаемого явления был использован принцип Гюйгенса, согласно которому свет распространяется подобно волнам. При прохождении света через щели образуются вторичные источники излучения, создающие характерные картины на поверхности воды или экране. Эти картины состоят из полос различной интенсивности, образованных в результате наложения волн. Формула для расчета расстояния между освещенными полосами включает длину волны света и расстояние между щелями. Чем меньше расстояние между щелями и больше длина волны, тем больше расстояние между полосами. Темные полосы возникают там, где разность хода лучей равна полуцелому числу длин волн.
В конце видеоролика демонстрируется изменение картины полос при использовании зеленого и красного лазеров. Красный лазер дает более широкие полосы, чем зеленый, что соответствует длине волн этих цветов. Также приводится загадка: почему при увеличении выдержки фотоаппарата на экране появляются темные промежутки между полосами?
промт – предложи варианты заголовков текста
- Эксперимент Томаса Юнга: Загадка световых волн
- Волновая природа света: Опыт с двойными щелями
- Как Томас Юнг открыл волновую природу света
- Двойные щели и интерференция света: Классический опыт
- Световые волны и интерференционная картина: Опыт Юнга
Расшифровка видео
Поиск по видео
0:00
[музыка]
0:17
у меня в руках картонка с двумя щелями
0:21
давайте посвятим через эти щели на экран
0:24
фонариком и на экране мы видим две яркие
0:29
полосы
0:30
каждый из которых соответствует одну из
0:33
щелей и это совсем не удивительно но что
0:37
будет если щели сделать очень узкими
0:40
расстояния между ними очень малым этим
0:44
вопросом задался английский физик томас
0:46
юнг 200 лет тому назад в 1803 году и мы
0:51
попробуем повторить вслед за ним этот
0:54
опыт
0:55
чтобы прорезать две щели мы взяли два
0:58
бритвенных лезвий а проложили между ними
1:01
лист бумаги и провели на фольге двойной
1:04
разрез мы получили две щели на
1:07
расстоянии 0,3 миллиметра друг от друга
1:10
а ширина каждой щелей еще много меньше
1:14
этого расстояния
1:16
мы установили оправу с щелями
1:18
на оптической скамье освещать щели будем
1:22
зеленым лазером перед лазером стоит
1:25
линза которая расширяет световой пучок
1:27
лазера так чтобы обещали были освещены а
1:31
изображение щелей мы будем наблюдать вот
1:34
на этом экране
1:37
включаем лазер и видим на экране
1:41
удивительную картину которую конечно же
1:44
лучше рассматривать в полной темноте
1:47
эта картина состоит из целой череды
1:50
узких равноудалённых полосок которые
1:53
занимают по ширине целых шесть
1:55
сантиметров и она нисколько не похожа на
1:58
две полосы соответствующие двум щелям на
2:01
небольшом расстоянии друг от друга так
2:04
что может показаться что результат этого
2:06
опыта противоречит всякому здравому
2:07
смыслу здравый смысл говорил нам что из
2:12
фонарика во все стороны расходятся
2:14
прямолинейные световые лучи и те из них
2:17
которые проходят через щели дают
2:20
изображение на заднем экране этой
2:23
картины придерживались такие знаменитые
2:25
ученые 17 века как рене декарт исаак
2:28
ньютон
2:29
считавший что свет переносится
2:31
мельчайшими прямолинейно движущимися
2:34
частицами однако их современник христиан
2:37
гюйгенс предложил совсем другую теорию
2:40
распространения света который свет
2:42
сравнивался со звуковыми волнами или с
2:45
волнами на поверхности воды
2:48
пусть у нас имеется источник волн
2:51
который обучает обещали согласно
2:54
принципу гюйгенса эти щели сами работают
2:57
как вторичные источники и они перри
2:59
излучают волны на той же самой частоте
3:02
что и первичный источник в результате на
3:05
поверхности воды образуется характерная
3:08
картина состоящий из полос заметной
3:10
амплитуды волн разделенных другими
3:12
линиями на которых амплитуда волн
3:15
уменьшается до нуля поэтому если мы
3:17
поставим напротив источников экран то на
3:20
нем будут чередоваться полосы которые
3:22
случае света можно назвать освещенными
3:25
и не освещенными выведем теперь формулу
3:30
для расстояния между освещенными
3:31
полосами на экране пусть напротив экрана
3:34
на расстоянии или от него находятся две
3:38
близко расположенные щели в нашем опыте
3:41
расстояние до экрана было порядка 1
3:44
метра расстояние между щелями было
3:46
меньше одного миллиметра в несколько
3:49
тысяч раз меньше поэтому нам будет
3:52
удобно перерисовать щели совсем в другом
3:54
масштабе вот расстояние d между ними
3:58
напротив щелей всегда находится яркая
4:01
полоса потому что обе щели излучают свет
4:04
на одной частоте и в одной фазе и когда
4:07
эти сигналы доходят до экрана они
4:09
складываются и усиливают друг друга эту
4:13
центральную полосу удобно называть 0
4:15
теперь поговорим о том как образуется 1
4:19
яркая полоса
4:20
находящаяся на расстоянии с от 0 а че
4:24
леек этой точке идут два луча но в
4:27
масштабе этого чертежа они практически
4:29
совпадают поэтому в укрупненном масштабе
4:32
я могу нарисовать их параллельными
4:36
освещенные полосы это такие места на
4:39
экране куда волны от обоих источников
4:41
приходят
4:42
одной фазе и поэтому они усиливают друг
4:44
друга как же получается яркая полоса в
4:47
этой точке для этого надо чтобы горбы и
4:51
впадины 2 вы снова совпали
4:53
так получается когда разность хода
4:56
составляет одну длину волны
4:58
у нас на чертеже образовались два
5:01
подобных прямоугольных треугольника
5:03
большой с катетами лысы малый с
5:07
гипотенузой дык тито мля мда и мы можем
5:11
составить пропорцию в малом треугольники
5:14
катит лямда так относится гипотенузе д
5:16
как в большом треугольнике котят с
5:19
относится к его гипотенузе которая
5:22
практически равна к титу и потому что
5:24
угол напротив катета с очень мал теперь
5:28
из этой пропорции можно выразить
5:30
расстояние между соседними яркими
5:32
полосами с равно лямбда умножить на цель
5:36
и поделить на d для следующих ярких
5:40
полос разность хода составляет 2 длины
5:43
волны три длины волны и так далее из
5:46
этой формулы видно что расстояние с
5:49
между полосами
5:50
тем больше чем меньше расстояние между
5:52
щелями d и чем больше длина волны лямда
5:55
а темные полосы находятся посередине
5:59
между светлыми когда разность хода равна
6:02
полу целому числу wow
6:04
а теперь поставим в нашу установку
6:08
фабричные щели с известными параметрами
6:12
освещать их будем не только зеленым но и
6:15
красным лазером наш зеленый лазер имеет
6:19
длину волны 532 нанометра а красной 650
6:24
нанометров в одну целую две десятых раза
6:26
длиннее и в полном соответствии с этими
6:29
длинами волн
6:30
полосы в красной интерференционной
6:33
картине оказались в одну целую две
6:35
десятых раза шире чем зеленой так что на
6:37
6 зеленых полос приходится пять красных
6:40
а сам юнг выразил из этой пропорции
6:44
длину световой волны лямбда через те
6:47
параметры которые можно измерить в
6:49
эксперименте это была первая в истории
6:52
физи
6:53
измерения длины световой волны она
6:56
оказалась в 200 раз меньше толщины
6:59
человеческого волоса а теперь наш
7:03
традиционный вопрос если увеличить
7:06
выдержку фотоаппарата до 1 секунды мы
7:09
увидим на экране вот такую картину здесь
7:13
интерференционные линии идут не сплошной
7:15
полосой
7:16
но разделены темными промежутками
7:20
отстоящими друг от друга на равные
7:22
расстояния но в наши простейший теории
7:26
никаких провалов не было откуда же они
7:28
берутся давайте обсудим этот вопрос в
7:32
комментариях к нашему ролику на youtube
7:37
[музыка]
