16
Н. Ростовцев
Сделать опыт Юнга?
Это не так сложно
На достаточно большом расстоянии от экрана для наблюдаемой расположенные рядом две одинаковые лампочки, например лампочки для карманного фонаря. Зажигте вначале одну из них, а затем обе одновременно. Вы увидите, что в любом месте экрана освещность больше при двух горяших лампочных, чем при одной.
Однако это не всегда так. При наличии двух световых лучков может оказаться, что в одной местах пространства они успливают друг друга, в другой — ослабляют или даже газят друг друга. Это явление называют интерференцией света, а световые лучки, которые дают такую картину, называют коэферентными.
Впервые экспериментальное изучение интерференции света было проведено английским ученым Томасом Юнгом в самом начале XIX века. Схема опита, носящого его имя, приведена на рисунке 1,a. Свет от ярко освещенного Солнцем малого ответия (или узкой щели) А попадал на два близко расположенных друг к другу малых ответия (или узкие щели) В и С (| BC| ≈ 2 mm). На удаленном экране (l≈2 м) в месте перекрытия световых лучков, выходящих из В и C, наблюдались чередующеся друг с другом светящие и темные полосы (рис. 1, б). Если одну из щелей В или C загораживали, темные полосы исчезали и на экране оставалось лишь светло пятно.
Как можно обьясить результаты опыта Юнга? Согласно принципу Гюйгена — Френеля, мыble ответия В и C, до которых должна от ответия A, становятся точными источниками вторичных волн. Из-за общности проискождения эти волны когерентны и при наложении они интерферрируют. В тех местах, куда волны приходят в одинаковых фазах, они усиливают друг друга и образуют минимумы освещенности. Там же, куда волны приходят в противоположных фазах, они ослабляют друг друга и образуют минимумы освещенности. Так как колбания в ответиях В и C совпадают по фазе, ясно, что результат интерференции целиком зависит от разности хода Δ интерферриующих волн до рассматриваемой точки.
В точку O, равноудаленную от ответий, волны приходят в одинаковых фазах и успливают друг друга — там наблюдается центральный максимум освещности. При удалении от точки O вверх или вниз разность хода волн Δ=|BD−CD| постепенно увеличивается и последовательно принимает значения λ/2, λ, 3/2λ, 2λ, …, где λ — длина волны. Максимумы освещности наблюдаются в тех местах, для которых выполняется условие
Δ=0, λ, 2λ,…
В точках, для которых
Δ=λ/2, 3/2λ, 5/2λ,…,
наблюдаются минимумы освещности.
17
Можно ли самому воспроизвести опыт Юнга? Оказывается, сделать это, правда, в несколько других варианте, довольно просто.
Приготовьте одну или две одинаковыеручные швейные иголки диаметром 0,6—0,8 мм и лист бумаги. Лучше воспользоваться черной бумаги, применяемой для упаковки фотопленки или фотоумагги. Роль точного источника света может играть лампочка для карманного фонаря (если наблюдается проводить на расстоянии, не меньше 2—3 м от нее) или малое отверстие (диаметром 2—3 мм) в кусе картона, установленного непосредственно перед лампочной так, чтобы через отверстие была видна нить накаливания. В вечернее время можно воспользоваться светом от удаленного фонаря. Самым же лучшим источником света является изображение Солнца в стальном шарике (диаметром 10—20 мм).
Если у вас все готово, присутствайте к опытам.
- Вырежьте из бумаги полоску шириной 1—2 см и иголой проколите в ней отверстия все уменьшащихся диаметров, начиная с диаметра иглы 0,6—0,8 мм. Чтобы отверстия получились круглыми, полоску бумаги при прокалывании поворачивайте вокруг иглы или иглу врашайте вокруг ее оси.
Послеотрите на точный источник последовательного через каждое отверстие, помещая его непосредственно перед глазом. Вы увидите, что через самое большое отверстие источник будет выгляделать практическим так же, как и без отверстия. При меньшем диаметре отверстия картина будет другой: светлое кругле пятно будет окружено темными и светлыми колышами (рис. 2). По мере уменьшения диаметра отверстия диаметр центрального светлого пятна и окружащих его колес будут увеличиваться, а их интенсивность — уменьшаться.
- Теперь изготовьте так называемое двойное отверстие, чтобы проведи непосредственно опит Юнга. Вправую и левую руки возьмите одинаковые иглы. На по-
лоске бумаги шириной 1—2 см установите острые одной иглы, а на расстоянии долей миллиметра от него установите острые другой иглы. Иглы должны составлять небольшой угол с вертикалью. Пострайтесь одновременно и одинаково сильно нажать на обе иглы — вы получите двойное отверстие. (Конечно, двойное отверстие можно сделать и одной иглой, но, как показывает практика, качество его будет хуже.) Хорошо, если диаметры отверстий будут порядка 0,2—0,3 мм, а расстояние между ними — порядка 0,4—0,6 мм.
Послеотрите через эти отверстия на точный источник света. Вы видите, что центральное светлое пятно, получаемое при предыдущем наблюлении, будет разбито темными полосами на ряд светлых полос (рис. 3). Темные полосы (минутмы освещенности) и есть те места, где свет от одного отверстия гасится светом от другого отверстия. Если отверстия круглы и одинакового диаметра, личини минимумов хорошо видны не только на центральном светлом пятне, но и окружащих его светлых колышах.
В центре интерференционной картины всегда видна светлая полоса. Число светлых полос, укладывающихся на центральном пятне, может быть равным 3,5,7,… Это зависит от отношения расстояния между центрами отверстий к их диаметру. Если диаметр отверстия оставить неизменным, а расстояние между отверстиями уменьшать, число светлых полос тоже уменьшается, а их ширина соответствует увеличивается.
Поверните полоску бумаги с двойным отверстием вокруг игры и глаз, — повернется и система светлых и темных полос.