Опыт Юнга (1802 г)

Рис. 2.1.3.

Источник света C освещает узкую щель S (рис. 2.1.3). Световая волна огибает эту щель и освещает две узкие щели S₁ и S₂, расположенные близко друг от друга. Световые пучки, проходящие через каждую из щелей, перекрываются и на экране, находящемся на расстоянии L от щелей наблюдается интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

Если в приведенном выше опыте убрать щель S, то интерференции на экране наблюдаться не будет. Юнг был первым, кто понял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двух независимых источников. Поэтому в его опыте щели S₁ и S₂, которые можно рассматривать в соответствии с принципом Гюйгенса как источники вторичных волн, освещались светом одного источника S.

При симметричном расположении щелей вторичные волны, испускаемые источниками S₁ и S₂, находятся в фазе, поэтому в точке O находится нулевой максимум. До точки наблюдения М эти вторичные волны проходят разные расстояния, разность хода которых равна D. Будем считать, что в точке M находится m -й максимум. Найдем расстояние OM = y_m до этой точки.

Пусть расстояние между щелями и , тогда угол наблюдения q можно считать малым и записать следующие уравнения.

, (2.1.4)

, (2.1.5)

Разделим уравнение (2.1.5) на (2.1.4), Þ и используем условие максимума интерференции (2.1.1) в точке M. Тогда , Þ

. (2.1.6)

Расстояние между интерференционными полосами равно

. (2.1.7)

Эта формула позволяет определить с помощью опыта Юнга длину световой волны l. Для m ¹ 0 положение m -ого максимума зависит от длины волны l (см. формулу (2.1.6)). Поэтому, если источник света S испускает белый свет, то только центральный (m = 0) максимум будет белым. Для остальных максимумов (m ¹ 0) на экране будет наблюдаться разложение белого света в спектр.

Рис. 2.1.4 a Рис. 2.1.4 б

Если на пути одного из лучей, например, лучей идущих от щели S₁ (рис. 2.1.4 a) поставить прозрачную пластинку с показателем преломления n, то вследствие различной скорости света в воздухе и пластинке, в условия максимума (2.1.1) и минимума (2.1.2), следует подставить вместо геометрической разности хода D оптическую разность хода d:

.

Если же всю установку опыта Юнга поместить в прозрачную среду с показателем преломления n (рис. 2.1.4 a), то оптическая разность хода равна

.

Как уже указывалось выше, для получения когерентных световых пучков, необходимо пучок света от одного источника разделить на два пучка. Подобный прием применяется, помимо опыта Юнга, в следующих устройствах.

Рис. 2.1.5 a Рис. 2.1.5 б Рис. 2.1.5 в

Бизеркало Френеля (рис. 2.1.5 а). Свет от точечного источника S падает на два плоских зеркала. Угол a между зеркала близок к 180°. Свет от источника S распространяется после отражения от зеркал в виде двух пучков с центрами в точках S₁ и S₂, являющихся мнимыми изображениями источника S в зеркалах. Эти пучки когерентны, и в области их взаимного пересечения дают интерференционную картину.

Бипризма Френеля (рис. 2.1.5 б). Бипризма состоит из двух одинаковых трехгранных призм, сложенных основаниями и изготовленных как одно целое. Преломляющие углы при правой и левой вершинах бипризмы очень малы (порядка долей градуса). Свет от источника S преломляется в бипризме и распространяется за ней в виде двух когерентных пучков, центры которых S₁ и S₂ являются мнимыми изображениями источника S в призме. Интерференция этих пучков может наблюдаться в области их перекрытия.

Билинза Бийе (рис. 2.1.5 в). Билинза представляет собой две половинки собирающей линзы, разрезанной по диаметру. Обе половинки слегка разведены, благодаря чему они два не совпадающих между собой действительных изображения S₁ и S₂ точечного источника света S. Интерференция света от когерентных источников S₁ и S₂ будет наблюдаться в области пересечения пучков, идущих от источников.

Поиск по сайту: