Как сделать когерентные волны от одного источника

Обновлено: 06.07.2024

\u0427\u0442\u043e\u0431\u044b \u043f\u043e\u043b\u0443\u0447\u0438\u0442\u044c \u043a\u043e\u0433\u0435\u0440\u0435\u043d\u0442\u043d\u044b\u0435 \u0432\u043e\u043b\u043d\u044b \u043d\u0435\u043e\u0431\u0445\u043e\u0434\u0438\u043c\u043e \u0441\u0432\u0435\u0442\u043e\u0432\u0443\u044e \u0432\u043e\u043b\u043d\u0443 \u043e\u0442 \u043e\u0434\u043d\u043e\u0433\u043e \u0438\u0441\u0442\u043e\u0447\u043d\u0438\u043a\u0430 \"\u0440\u0430\u0437\u0434\u0435\u043b\u0438\u0442\u044c\" \u043d\u0430 \u0434\u0432\u0435 \u0438\u043b\u0438 \u043d\u0435\u0441\u043a\u043e\u043b\u044c\u043a\u043e \u0432\u043e\u043b\u043d.\u0434\u043b\u044f \u044d\u0442\u043e\u0433\u043e \u043d\u0443\u0436\u043d\u043e \u043f\u0440\u043e\u0441\u0442\u043e \u0440\u0430\u0441\u043f\u043e\u043b\u043e\u0436\u0438\u0442\u044c \u043f\u0440\u0435\u043f\u044f\u0442\u0441\u0442\u0432\u0438\u0435 \u043d\u0435\u0431\u043e\u043b\u044c\u0448\u043e\u0435 \u043d\u0430 \u043f\u0443\u0442\u0438 \u0441\u043b\u0435\u0434\u043e\u0432\u0430\u043d\u0438\u044f \u043e\u0441\u043d\u043e\u0432\u043d\u043e\u0439 \u0432\u043e\u043b\u043d\u044b. \u0438\u043d\u0442\u0435\u0440\u0444\u0435\u0440\u0435\u043d\u0446\u0438\u044f - \u0441\u043b\u043e\u0436\u0435\u043d\u0438\u0435 \u0434\u0432\u0443\u0445 \u0438\u043b\u0438 \u043d\u0435\u0441\u043a\u043e\u043b\u044c\u043a\u0438\u0445 \u0441\u0432\u0435\u0442\u043e\u0432\u044b\u0445 \u0432\u043e\u043b\u043d \u043e\u0434\u0438\u043d\u0430\u043a\u043e\u0432\u044b\u0445 \u043f\u0435\u0440\u0438\u043e\u0434\u043e\u0432, \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0435 \u0441\u0445\u043e\u0434\u044f\u0442\u0441\u044f \u0432 \u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0442\u043e\u0447\u043a\u0435, \u0438\u0437-\u0437\u0430 \u0447\u0435\u0433\u043e \u043d\u0430\u0431\u043b\u044e\u0434\u0430\u0435\u0442\u0441\u044f \u0438\u0437\u043c\u0435\u043d\u0435\u043d\u0438\u0435 (\u0443\u0432\u0435\u043b\u0438\u0447\u0435\u043d\u0438\u0435 \u0438\u043b\u0438 \u0443\u043c\u0435\u043d\u044c\u0448\u0435\u043d\u0438\u0435) \u0430\u043c\u043f\u043b\u0438\u0442\u0443\u0434\u044b \u0440\u0435\u0437\u0443\u043b\u044c\u0442\u0438\u0440\u0443\u044e\u0449\u0435\u0439 \u0432\u043e\u043b\u043d\u044b. \u0440\u0430\u0437\u043b\u0438\u0447\u0438\u0435 \u0432 \u0446\u0432\u0435\u0442\u0435 \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e \u043e\u043f\u0440\u0435\u0434\u0435\u043b\u0438\u0442\u0435 \u043f\u043e \u0447\u0430\u0441\u0442\u043e\u0442\u0435 \u0438\u043b\u0438 \u0434\u043b\u0438\u043d\u0435 \u0432\u043e\u043b\u043d\u044b ">]" data-testid="answer_box_list">

Чтобы получить когерентные волны необходимо световую волну от одного источника "разделить" на две или несколько волн.для этого нужно просто расположить препятствие небольшое на пути следования основной волны. интерференция - сложение двух или нескольких световых волн одинаковых периодов, которые сходятся в одной точке, из-за чего наблюдается изменение (увеличение или уменьшение) амплитуды результирующей волны. различие в цвете можно определите по частоте или длине волны

Новые вопросы в Физика

чему равен модуль изменения вектора импульса тела при движении по окружности со скоростью 6 м в секунду и массой 4 кг при прохождении половины окружно … сти

З яким прискореням рухаєтьься під час розбігу реактивний літак масою 60т якщо сила тяги двигунів 90 кН

В проводнике прошло 5 *1018 электронов. Чему равен общий заряд, прошедший через проводник? (e=1?6*10-19 Кл)

На наклонной плоскости лежит шайба. Причём коэффициент трения между шайбой и наклонной плоскостью `mu>"tg"alpha`, где `alpha` – угол наклона плоско … сти. К шайбе прикладывают горизонтальную силу. При этом шайба двигается с постоянной скоростью, горизонтальная составляющая которой `v_1`. Найти установившуюся скорость `v_2` скатывания шайбы с плоскости.

Ребят, помогите пожалуйста, вообще не понимаю что делать, домашка9 класс. Шарик массой 100 г падает на поверхность стола и отскакивает с такой же по … модулю скоростью. Затем он падает на резиновый коврик и остаётся лежать на нём. Найдите изменение импульса шарика в обоих случаях, если скорость перед ударом в обоих случаях равна 3 м/с.

3. Вогнутое сферическое зеркало с радиусом кривизны R = 80 см дает действительное изображение предмета на рас- стоянии f = 80 см от зеркала. Определит … е расстояние между предметом и зеркалом. Помогите пожалуйста

Интерфере́нция све́та — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

В природе часто можно наблюдать радужное окрашивание тонких пленок (масляные пленки на воде, мыльные пузыри, оксидные пленки на металлах), возникающее в результате интерференции света, отраженного двумя поверхностями пленки.

Условие когерентности световых волн

Причина состоит в том, что световые волны, излучаемые различными источниками, не согласованы друг с другом. Для получения же устойчивой интерференционной картины нужны согласованные волны. Они должны иметь одинаковые длины волн и постоянную разность фаз в любой точке пространства. Напомним, что такие согласованные волны с одинаковыми длинами волн и постоянной разностью фаз называются когерентными.

Наиб, широко известна И. с., характеризующаяся образованием стационарной (постоянной во времени) интерференционной картины (и. к.) - регулярного чередования в пространстве областей повыш. и пониж. интенсивности света, получающейся в результате наложения когерентных световых пучков, т. е. в условиях постоянной (или регулярно меняющейся) разности фаз. Реже и только в спец. условиях эксперимента наблюдаются явления нестационарной И. с., к к-рым относятся световые биения и эффекты корреляции интенсивностей. Строгое объяснение явлений нестационарной И. с. требует учёта как волновых, так и корпускулярных свойств света и даётся на основе квантовой электродинамики. Стационарная И. с. возникает при наличии когерентности (определ. корреляции фаз) налагающихся волн. Взаимно когерентные световые пучки могут быть получены путём разделения и последующего сведения лучей, исходящих от общего источника света. При этом требование когерентности налагает нек-рые ограничения на угл. размеры источника и на ширину спектра излучения.

Какие источники света называются когерентными?

- взаимная согласованность протекания во времени световых колебаний в разных точках пространства и (или) времени, характеризующая их способность к интерференции. В общем случае световые колебания частично когерентны и количественно их когерентность измеряется степенью взаимной когерентно с-т и (с. в. к.), к-рая определяет контраст интерференционной картины (и. к.) в том или ином интерференц. эксперименте.

Когерентные источники света – это источники, которые имеют постоянную во времени разность фаз, согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов, степень которых различна.

Перечислите способы получения когерентных световых пучков. Как образуются когерентные пучки света при наблюдении колец Ньютона?

Интерферировать могут только когерентные волны. Источники называют когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз излучаемых ими волн.

Когерентными могут быть только точечные монохроматические источники. К ним по свойствам близки лазеры. Обычные источники излучения некогерентны, так как немонохроматичны и не являются точечными.

Немонохроматичность излучения обычных источников обусловлена тем, что их излучение создается атомами, испускающими в течение времени порядка =108 с волновые цуги длиной L=c=3 м. Излучения разных атомов не коррелированы друг с другом.

Однако наблюдать интерференцию волн можно и при использовании обычных источников, если с помощью какого-либо приема создать два или более источников, подобных первичному источнику. Существует два метода получения когерентных световых пучков или волн: метод деления волнового фронта и метод деления амплитуды волны. В методе деления волнового фронта пучок или волна делится, проходя через близко расположенные щели или отверстия (дифракционная решетка), либо с помощью отражающих и преломляющих препятствий (бизеркало и бипризма Френеля, отражательная дифракционная решетка).

В методе деления амплитуды волны излучение делится на одной или нескольких частично отражающих, частично пропускающих поверхностях. Примером является интерференция лучей, отраженных от тонкой пленки.

Как было уже показано, для наблюдения интерференции света необходимо иметь когерентные световые пучки, для чего применяются различные приёмы. В опыте Юнга когерентные пучки получали разделением и последующим сведением световых лучей, исходящих из одного и того же источника (метод деления волнового фронта).

Рассмотрим интерференционную картину, полученную методом Юнга (рис. 8.2).

Свет от источника S, прошедший через узкую щель в экране А, падет на экран В с двумя щелями S₁ и S₂, расположенными достаточно близко друг к другу на расстоянии d. Эти щели являются когерентными источниками света. Интерференция наблюдается в области, в которой перекрываются волны от этих источников (поле интерференции). На экране Э мы видим чередование полос с максимумом и минимумом интенсивности света.

Экран расположен на расстоянии l от щелей, причем .

Рассмотрим две световые волны, исходящие из точечных источников S₁ и S₂. Показатель преломления среды – n.

Вычислим ширину полос интерференции (темных и светлых полос).

Интенсивность в произвольной точке P экрана, лежащей на расстоянии x от О, определяется (для вакуума, когда n = 1) оптической разностью хода .

Из рис. 8.1 имеем

; ,

отсюда , или

Из условия следует, что , поэтому

Отсюда получим, что максимумы интенсивности будут наблюдаться в случае, если

а минимумы – в случае, если

Расстояние между двумя соседними максимумами (или минимумами) равно:

и не зависит от порядка интерференции (величины m) и является постоянной для данных l, d.

Расстояние между двумя соседними максимумами называется расстоянием между интерференционными полосами, а расстояние между соседними минимумами – шириной интерференционной полосы.

Т.к. обратно пропорционально d, при большом расстоянии между источниками, например при , отдельные полосы становятся неразличимыми, сравнимыми с длиной волны . Поэтому необходимо выполнять условие .

Этот опыт показывает, что интерференционная картина, создаваемая на экране двумя когерентными источниками света, представляет собой чередование светлых и темных полос. Главный максимум, соответствующий , проходит через точку О. Вверх и вниз от него располагаются максимумы (минимумы) первого ( ), второго ( ) порядков и т. д.

Из перечисленных формул видно, что ширина интерференционной полосы и расстояние между ними зависят от длины волны λ. Только в центре картины при совпадут максимумы всех волн. По мере удаления от центра максимумы разных цветов смещаются друг относительно друга все больше и больше. Это приводит, при наблюдении в белом свете, ко все большему размытию интерференционных полос. Интерференционная картина будет окрашенной, но нечеткой (смазанной).

Измерив , зная l и d, можно вычислить длину волны λ. Именно так вычисляют длины волн разных цветов в спектроскопии.

Цель работы – расчёт интерференционной картины на экране от двух когерентных источников света.

Схема экспериментальной установки.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки

B – бипризма
S- щель
Ок – винтовой окулярный микрометр
I – осветитель
l – расстояние между мнимыми источниками S₁ и S₂
L – собирательная линза

Используемые формулы.

λ -длина волны
d ₀ – расстояние между когерентными источниками и экраном
l – расстояние между источниками
∆ y – ширина полосы(расстояние между осями соседних максимумов или минимумов).

переписанная формула 1, если принять, что .

Порядок выполнения работы.

Бипризма B помещается на расстоянии 60-70 см от щели S так, чтобы рёбра преломляющих углов были параллельны щели, т.е. вертикальны. На расстоянии 20-30 см от бипризмы помещается винтовой окулярный микрометр Ок. Середина щели, бипризма и окулярный микрометр должны быть установлены на одной высоте. Сделав щель достаточно узкой, слегка поворачивают её или бипризму около горизонтальной оси, добываясь такого положения, чтобы щель была строго параллельна ребру бипризмы. При этой установке наблюдаемая в окуляр-микрометре интерференционная картина будет наиболее отчётливой. Отчётливость картины далее можно улучшить путём подбора ширины щели и положения винтового окуляр-микрометра Ок на скамье.

Между осветителем I и щелью S помещён стеклянный светофильтр, позволяющий выделить определённую область спектра.

С помощью винтового окуляр-микрометра определяют расстояние ∆ y между осями соседних интерференционных полос. Для этого необходимо измерить расстояния между двумя достаточно удалёнными тёмными/светлыми полосами и разделить его на число светлых/тёмных полос, находящихся между ними. Чтобы избежать ошибок, обусловленных возможным люфтом винтового окуляр-микрометра, измерения необходимо проводить следующим образом:

· выбрать начальную тёмную/светлую полосу

· сдвинуть перекрестье окуляра микрометра от начальной полосы в сторону, противоположную направлению движения от начальной полосы к конечной

· вращением головки винта выполнить перемещение перекрестья окуляра от начальной полосы к конечной строго в одном направлении.

Значения N₁ и N₂ занести в таблицу 1. “По инерции” перекрестье сдвигается в сторону в направлении движения, а затем процедура повторяется в обратном направлении движения перекрестья окуляра (т.е. вначале определяется N₂, а затем – N₁). В итоге измерения проводятся пять раз.

Далее определяют расстояние l между мнимыми источниками S₁ и S₂. Для этой цели на оптическую скамью между бипризмой и винтовым окуляр-микрометром помещают собирательную линзу L. Она образует два действительных изображения щели S (два изображения, поскольку между линзой L и щелью S находится бипризма B) в плоскости нитей винтового окуляр-микрометра. Это достигается путём передвижения линзы до тех пор, пока оба изображения щели станут отчётливо видны через винтовой окуляр-микрометр одновременно с его нитями.

При передвижении линзы все части установки остаются неподвижными в том же положении, в котором проводятся измерения интерференционной картины. В этом случае изображения щели останутся в той же плоскости, в которой наблюдалась интерференционная картина. С помощью винтового окуляр-микрометра измеряют расстояние l’ между изображениями щели. Процедура измерений та же самая, что и в предыдущем случае при определении ширины полосы ∆y. Результаты измерений заносят в таблицу 2.

По формуле увеличения линзы находят искомое расстояние между мнимыми изображениями щели . Тогда перепишем формулу 1:

Измеряют расстояние a от щели S до линзы L, расстояние b от линзы до плоскости нитей винтового окуляр-микрометра и расстояние d ₀ от щели S до плоскости нитей Ок, пользуясь шкалой оптической скамьи. Для определения значений b и d ₀ измеряют расстояние до указателя, установленного на держателе Ок и прибавляют 40 мм (расстояние от указателя до плоскости нитей винтового окуляр-микрометра). По формуле 2 находят значение λ.

Читайте также: