Содержание
Новости Фонда
Новости Фонда
Категория
25 ноября, 2022
Ученые МГУ оценили послепожарное состояние луговой растительности
Наибольшие отличия в структуре растительности лугов, где был пожар, от аналогичных негоревших участк…
25 ноября, 2022
РНФ представил региональные программы на форуме БРИКС+
24 ноября в рамках сессии «Экосистемы мегаполиса: новые вызовы» РНФ принял участие в программе ММФ…
25 ноября, 2022
Квантовая нейросеть поможет распознать изображения
Российские физики из НИТУ МИСИС, Российского квантового центра и МГУ впервые в мире п…
25 ноября, 2022
Химики создали высокоточный «градусник» для клеток
Ученые из Института общей и неорганической химии им.
Н.С. Курнакова РАН, Санкт-Петербургского госу…
24 ноября, 2022
«Уравнение вымираний»: российские учёные создали алгоритм для предсказания возможной гибели видов растений и животных
Российские учёные разработали математическую модель, которая позволяет спрогнозировать судьбу соврем…
24 ноября, 2022
Как получить грант: эксперты РНФ встретились с молодыми учеными МАИ
23 ноября в рамках программы IX Международной недели авиакосмических технологий A…
24 ноября, 2022
Данные об изменении транскриптома помогут разработать методы для лечения глиобластомы
Специалисты Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского научно-…
23 ноября, 2022
Двойной удар: ученые открыли перспективный подход к лечению болезни Альцгеймера
Российские ученые вместе с коллегами из Бельгии и Италии нашли новый подход к лечению болезни Альцге.
..
22 ноября, 2022
Ученые очистили воду с помощью квантовых точек и золота
Графен лежит в основе самых передовых прикладных разработок, но и у него есть свои минусы, которые…
22 ноября, 2022
Сибирские ученые исследуют механизмы развития гипертонии на модели крыс НИСАГ
Одной из основных причин появления гипертонии (повышенного кровяного давления) является стресс. Ее р…
21 ноября, 2022
Сломать, чтобы починить. Путь к созданию лекарств лежит через моделирование заболеваний
Почему мы болеем, почему стареем? Каковы механизмы развития различных патологий в живом организме?…
21 ноября, 2022
Международная научная группа создала простой и компактный фемтосекундный тулиевый волоконный лазер
Лазерные системы на основе волокна, легированного редкоземельным металлом тулием, позволяют исс.
..
18 ноября, 2022
Биологи России и Беларуси «научат» растения противостоять засухе
В условиях роста численности населения и глобального изменения климата вопрос продовольственной безо…
18 ноября, 2022
Новые синтетические аналоги метиленового синего разрабатывают ученые КФУ
Ученые Казанского федерального университета в обзорной статье,
опубликованной в престижном научном …
18 ноября, 2022
Литий-ионная безопасность: российские ученые создали материал для защиты аккумуляторов от возгорания
Российские учёные придумали способ для эффективной защиты литийионных аккумуляторов от перегрева и в…
18 ноября, 2022
Чем дальше море, тем жестче условия произрастания растений в Прикаспии
Географы МГУ опубликовали результаты исследований растительности на осушенном дне Каспийского моря.
..
18 ноября, 2022
Кристаллы на основе металлов, серы и селена ускорят искусственный фотосинтез
Российские ученые разработали стабильные кристаллы с уникальными вариантами укладки атомов металло…
18 ноября, 2022
В ИТМО придумали, как закручивать частицы с помощью свойства квантовой запутанности
Закрученные частицы применяют в квантовой оптике и информатике, оптомеханике, биологии, астрофизик…
Опыт Юнга | это… Что такое Опыт Юнга?
Опыт Юнга — эксперимент, проведённый Томасом Юнгом и ставший экспериментальным доказательством волновой теории света. Результаты эксперимента были опубликованы в 1803 году.
В опыте пучок света направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого устанавливается проекционный экран.
Этот опыт демонстрирует интерференцию света, что является доказательством волновой теории. Особенность прорезей в том, что их ширина приблизительно равна длине волны излучаемого света. Ниже рассматривается влияние ширины прорезей на интерференцию.
Если исходить из того, что свет состоит из частиц (корпускулярная теория света), то на проекционном экране можно было бы увидеть только две параллельных полосы света, прошедших через прорези ширмы. Между ними проекционный экран оставался бы практически неосвещенным.
С другой стороны, если предположить, что свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая прорезь является источником вторичных волн.
Если вторичные волны достигнут линии в середине проекционного экрана, находящейся на равном удалении от прорезей, синхронно и в одной фазе, то на серединной линии экрана их амплитуды прибавятся, что создаст максимум яркости. То есть, максимум яркости окажется там, где согласно корпускулярной теории, яркость должна быть практически нулевой.
Корпускулярная теория света является неверной, когда прорези достаточно тонкие, создавая тем самым интерференцию.
На определенном удалении от центральной линии, напротив, волны окажутся в противофазе — их амплитуды компенсируются, что создаст минимум яркости (темная полоса). По мере дальнейшего удаления от средней линии яркость периодически изменяется, возрастая до максимума и снова убывая.
На проекционном экране получается целый ряд чередующихся интерференционных полос, что и было продемонстрировано Томасом Юнгом.
Содержание
|
Каждое событие, как например прохождение света от источника S до точки M на экране через отверстие может быть представлена в виде вектора
Для того, чтобы знать вероятность того, что свет дойдет из источника S до точки M, нужно брать во внимание все возможные пути света из точки S до точки М.
В квантовой механике этот принцип является фундаментальным. Для получения вероятности P того, что свет дойдет из точки S до точки М, используется следующая аксиома квантовой механики:
где:
- — доходят до точки М, в одной фазе, то векторы и являются идентичными. Сумма этих двух векторов не является нулевой. Следовательно, вероятность того, что точка М будет освещена не равна нулю. В этом случае эта вероятность максимальна.
- Если две волны, из и доходят до точки М в противофазе, то векторы и имеют разные направления. Сумма этих двух векторов является нулевой. Следовательно, вероятность того, что точка М будет освещена равна нулю.
Изменение фазы подобно вращению векторов. Сумма двух векторов изменяется от нуля, до максимума .
Эксперимент с точечным источником света
Пусть S — точечный источник света, расположенный перед экраном с двумя параллельными прорезями и , а — расстояние между прорезями, и D — расстояние между экраном с прорезями и проекционным экраном.
Точка М на экране имеет для начала одну координату x — расстояние между М и ортогональной проекцией S на экране.
Существование интерференций зависит от разницы оптической длины между первым и вторым путем. Пусть М — точка экрана, на которую падают одновременно два луча из и . Записав — разницу оптической длины путей, имеем следующее соотношение:
где:
- — оптическая длина пути от источника до точки М на экране.
- — оптическая длина пути от источника до той же точки на экране.
Если a<<D и x<<D, то разница оптической длины пути в среде, с показателем преломления n, принимает упрощенное выражение:
В воздухе (при обычных условиях) . Выражение принимает вид:
Освещённость — Е в точке М связана с разницей оптической длины путей следующим соотношением:
где:
- освещенность, созданная первой или второй прорезью;
- — длина волны света, излучаемого источниками и .
Освещенность периодически изменяется от нуля до , что свидетельствует об интерференции света.
Яркие полосы на экране появляются, когда , где
Темные полосы на экране появляются, когда
Условия для интерференций
Когерентность источника света
Влияние ширины прорезей
Интерференции появляются на экране, когда ширина прорезей близка к длине волны излучаемого монохроматического света. Когда ширина прорезей увеличивается, освещенность экрана уменьшается и интерференции исчезают.
Ссылки
- Опыт Юнга (Java-аплет)
- Интерференция — опыт Юнга. Java applet
- Загадка квантовой физики — эксперимент с двумя щелями. Youtube
Учебник по физике: эксперимент Янга
В предыдущем разделе урока 3 обсуждалась попытка Томаса Янга вывести уравнение, связывающее длину волны источника света с надежно измеренными расстояниями, связанными с интерференционной картиной света от двухточечного источника.
Уравнение, известное как уравнение Юнга:
В 1801 году Юнг разработал и провел эксперимент по измерению длины волны света. Как обсуждалось в предыдущей части этого урока, было важно, чтобы два источника света, формирующие узор, были когерентны. Трудность, с которой столкнулся Юнг, заключалась в том, что обычные источники дневного света (свечи, фонари и т. д.) не могли служить когерентными источниками света. Метод Янга заключался в использовании солнечного света, который проникал в комнату через отверстие в оконных ставнях. Зеркало использовалось для направления луча точечного отверстия горизонтально через комнату. Чтобы получить два источника света, Янг использовал маленькую бумажную карточку, чтобы разбить единственный луч-обскуру на два луча, при этом часть луча проходит по левой стороне карты, а часть луча проходит по правой стороне карты. Поскольку эти два луча исходили из одного и того же источника — солнца, — их можно считать исходящими из двух когерентных источников.
Световые волны от этих двух источников (слева и справа от карты) будут интерферировать. Затем интерференционная картина проецировалась на экран, где можно было провести измерения для определения длины волны света.
Современная классная версия того же эксперимента обычно проводится с использованием лазерного луча в качестве источника. Вместо использования карточки для заметок для разделения одного луча на два когерентных луча используется предметное стекло с углеродным покрытием и двумя близко расположенными протравленными щелями. Слайд с прорезями чаще всего приобретается у производителя, который предоставляет измеренное значение расстояния между прорезями — значение d в уравнении Юнга. Свет от лазерного луча дифрагирует через щели и появляется как две отдельные когерентные волны. Затем интерференционная картина проецируется на экран, где можно провести надежные измерения L и y для данного яркого пятна со значением порядка m .
Знание этих четырех значений позволяет учащемуся определить значение длины волны исходного источника света.
Чтобы проиллюстрировать некоторые типичные результаты этого эксперимента и последующего анализа, рассмотрим приведенные ниже выборочные данные для d, y, L и m.
Щелевое разделение ( d ) | |
Расстояние от щелей до экрана ( L ) | |
Расстояние от AN 0 до AN 4 ( y ) | |
Стоимость заказа ( м ) | |
(Примечание: AN 0 = центральная пучность и AN 4 = четвертая пучность)
Для определения длины волны необходимо подставить приведенные выше значения d, y, L и m в уравнение Юнга.
Всегда рекомендуется тщательная проверка единиц измерения. Приведенные здесь выборочные данные показывают, что каждая измеренная величина записывается в разных единицах измерения. Перед подстановкой этих измеренных значений в вышеприведенное уравнение важно подумать об обращении с единицами измерения. Одним из способов решения проблемы неоднородных единиц является просто выбор единицы длины и преобразование всех величин в эту единицу. При этом можно выбрать единицу, которая уже есть в одном из значений данных, чтобы было на одно преобразование меньше. Разумным выбором является выбор метра в качестве единицы, в которую преобразуются все другие измеренные значения. Поскольку в 1 метре 1000 миллиметров, 0,250 мм эквивалентны 0,000250 метра. А так как в 1 метре 100 сантиметров, то 10,2 см эквивалентны 0,102 м. Таким образом, новые значения d, y и L:
Хотя преобразование всех данных в одну и ту же единицу измерения не является единственным средством обработки таких измеренных значений, оно может быть наиболее целесообразным, особенно для тех учащихся, которые не умеют обращаться с такими преобразованиями.
Теперь, когда вопрос с единицами измерения решен, можно выполнить подстановку измеренных значений в уравнение Юнга.
λ = 6,52 x 10 -7 м
Здесь видно, что длина волны видимого света довольно мала. По этой причине длина волны часто выражается в нанометрах, где 1 метр равен 10 9 нанометров. Умножение на 10 9 преобразует длину волны из метров в нанометры (сокращенно нм).
Мы хотели бы предложить …
Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Интерактивного эксперимента Янга.
Интерактив находится в разделе Physics Interactives на нашем веб-сайте и позволяет учащемуся использовать интерференционную картину с двумя точками источника для измерения длины волны красного, синего и зеленого лазерного излучения.
Посетите: Young’s Experiment Interactive
Проверьте свое понимание
1. На приведенной ниже диаграмме показаны результаты эксперимента Юнга. Соответствующие размеры указаны на схеме. Используйте эти измерения, чтобы определить длину волны света в нанометрах. (ДАНО: 1 метр = 10 9 нанометров)
2. Учащийся с помощью лазера и аппарата с двумя щелями проецирует интерференционную картину двухточечного источника света на доску, расположенную на расстоянии 5,87 метра. Расстояние, измеренное между центральной яркой полосой и четвертой яркой полосой, составляет 8,21 см. Щели разнесены на расстояние 0,150 мм.
Какова будет измеренная длина волны света?
3. Анализ интерференционной картины любого двухточечного источника и успешное определение длины волны требует умения сортировать измеренную информацию и приравнивать значения к символам в уравнении Юнга. Примените свое понимание, интерпретируя следующие утверждения и определяя значения y, d, m и L. Наконец, выполните некоторые преобразования данной информации, чтобы вся информация использовала одну и ту же единицу измерения.
а. Две щели, разнесенные на 0,250 мм, дают интерференционную картину, в которой пятая темная полоса расположена на расстоянии 12,8 см от центральной пучности при удалении экрана на 8,2 м.
г = | д = | м = | л = |
б. Интерференционная картина возникает, когда свет падает на две щели, отстоящие друг от друга на 50 микрометров.
Расстояние по перпендикуляру от середины между щелями до экрана равно 7,65 м. Расстояние между двумя пучностями третьего порядка на противоположных сторонах узора равно 32,9 см.
г = | д = | м = | л = |
в. Четвертая узловая линия на интерференционной картине находится на расстоянии 8,4 см от первой пучности при расположении экрана на расстоянии 235 см от щелей. Прорези разнесены на 0,25 мм.
г = | д = | м = | л = |
д. Два источника, разнесенные на 0,500 мм, дают интерференционную картину на расстоянии 525 см. Пятая и вторая пучностные линии на одной стороне рисунка разнесены на 98 мм.
г = | д = | м = | л = |
эл.
Две щели, отстоящие друг от друга на 0,200 мм, создают интерференционную картину на экране так, что центральный максимум и 10-я яркая полоса разнесены на расстояние, равное одной десятой расстояния от щелей до экрана.
г = | д = | м = | л = |
ф. Пятая пучностная линия и вторая узловая линия на противоположной стороне интерференционной картины разнесены на расстояние 32,1 см, когда щели находятся на расстоянии 6,5 м от экрана. Прорези разделены на 25,0 микрометров.
г = | д = | м = | л = |
г. Если две щели, отстоящие друг от друга на 0,100 мм, отстоят от экрана на 300 мм, то минимум первого порядка будет на расстоянии 1 см от центрального максимума.
г = | д = | м = | л = |
ч. Последовательные яркие полосы на интерференционной картине находятся на расстоянии 3,5 см друг от друга, когда предметное стекло, содержащее щели, находится на расстоянии 10,0 м от экрана. Расстояние между щелями составляет 0,050 мм.
г = | д = | м = | л = |
Следующий раздел:
Свет | Определение, свойства, физика, характеристики, типы и факты
видимый спектр света
Смотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Исаак Ньютон
Альберт Эйнштейн
Джеймс Клерк Максвелл
Птолемей
Роджер Бэкон
- Связанные темы:
- цвет
Солнечный лучик
фотон
интенсивность света
скорость света
Просмотреть весь связанный контент →
Популярные вопросы
Что такое свет в физике?
Свет — это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Электромагнитное излучение возникает в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длиной волны менее примерно 1 × 10 90 174 −11 90 175 метров до радиоволн, измеряемых в метрах.
Какова скорость света?
Скорость света в вакууме является фундаментальной физической константой, и принятое в настоящее время значение составляет 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.
Что такое радуга?
Радуга образуется при преломлении солнечного света сферическими каплями воды в атмосфере; два преломления и одно отражение в сочетании с хроматической дисперсией воды создают первичные цветовые дуги.
Почему свет важен для жизни на Земле?
Свет является основным инструментом восприятия мира и взаимодействия с ним для многих организмов. Солнечный свет согревает Землю, определяет глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза; около 10 22 джоулей солнечной лучистой энергии достигает Земли каждый день.
Взаимодействие света с материей также помогло сформировать структуру Вселенной.
Каково отношение цвета к свету?
В физике цвет ассоциируется именно с электромагнитным излучением определенного диапазона длин волн, видимым человеческому глазу. Излучение таких длин волн составляет часть электромагнитного спектра, известную как видимый спектр, т. е. свет.
Сводка
Прочтите краткий обзор этой темы
свет , электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Электромагнитное излучение возникает в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длиной волны менее примерно 1 × 10 90 174 -11 90 175 метров до радиоволн, измеряемых в метрах. В этом широком спектре длины волн, видимые человеку, занимают очень узкую полосу, от примерно 700 нанометров (нм; миллиардных долей метра) для красного света до примерно 400 нм для фиолетового света. Области спектра, примыкающие к видимому диапазону, часто также называют световыми, инфракрасными с одной стороны и ультрафиолетовыми с другой.
Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа, принятое в настоящее время значение которой равно ровно 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.
Нет однозначного ответа на вопрос «Что такое свет?» удовлетворяет множеству контекстов, в которых свет воспринимается, исследуется и используется. Физик интересуется физическими свойствами света, художник — эстетической оценкой визуального мира. Благодаря зрению свет является основным инструментом восприятия мира и общения в нем. Солнечный свет согревает Землю, определяет глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза. В самом большом масштабе взаимодействие света с материей помогло сформировать структуру Вселенной. Действительно, свет дает окно во Вселенную, от космологических до атомных масштабов. Почти вся информация об остальной Вселенной достигает Земли в виде электромагнитного излучения. Интерпретируя это излучение, астрономы могут заглянуть в самые ранние эпохи Вселенной, измерить общее расширение Вселенной и определить химический состав звезд и межзвездной среды.
Подобно тому, как изобретение телескопа значительно расширило возможности исследования Вселенной, так и изобретение микроскопа открыло сложный мир клетки. Анализ частот света, испускаемого и поглощаемого атомами, явился основным толчком к развитию квантовой механики. Атомная и молекулярная спектроскопия по-прежнему остается основным инструментом для исследования структуры вещества, обеспечивая сверхчувствительные тесты атомных и молекулярных моделей и способствуя изучению фундаментальных фотохимических реакций.
Свет передает пространственную и временную информацию. Это свойство лежит в основе областей оптики и оптических коммуникаций, а также множества связанных с ними технологий, как зрелых, так и развивающихся. Технологические приложения, основанные на манипулировании светом, включают лазеры, голографию и волоконно-оптические телекоммуникационные системы.
В большинстве повседневных обстоятельств свойства света можно вывести из теории классического электромагнетизма, в которой свет описывается как связанные электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве в виде бегущей волны.
Однако эта волновая теория, разработанная в середине 19 в.го века недостаточно для объяснения свойств света при очень низкой интенсивности. На этом уровне квантовая теория необходима для объяснения характеристик света и взаимодействия света с атомами и молекулами. В своей простейшей форме квантовая теория описывает свет как состоящий из дискретных пакетов энергии, называемых фотонами. Однако ни классическая волновая модель, ни классическая модель частиц не описывают свет правильно; свет имеет двойственную природу, которая раскрывается только в квантовой механике. Этот удивительный корпускулярно-волновой дуализм характерен для всех первичных составляющих природы (например, электроны имеют как корпускулярный, так и волновой аспекты). С середины 20-го века физики считали законченной более полную теорию света, известную как квантовая электродинамика (КЭД). КЭД объединяет идеи классического электромагнетизма, квантовой механики и специальной теории относительности.
Britannica Quiz
27 правильных или неверных вопросов из самых сложных научных викторин Britannica
Как много вы знаете о Марсе? Как насчет энергии? Думаете, будет проще, если вам придется выбирать только правду или ложь? Узнайте, что вы знаете о науке с помощью этой сложной викторины.
В этой статье основное внимание уделяется физическим характеристикам света и теоретическим моделям, описывающим природу света. Его основные темы включают введение в основы геометрической оптики, классические электромагнитные волны и эффекты интерференции, связанные с этими волнами, а также основные идеи квантовой теории света. Более подробные и технические презентации этих тем можно найти в статьях «Оптика, электромагнитное излучение, квантовая механика и квантовая электродинамика». См. также относительность для получения подробной информации о том, как рассмотрение скорости света, измеренной в различных системах отсчета, сыграло решающую роль в развитии специальной теории относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году. world
Хотя есть явные свидетельства того, что ряд ранних цивилизаций использовали простые оптические инструменты, такие как плоские и криволинейные зеркала и выпуклые линзы, древнегреческим философам обычно приписывают первые формальные рассуждения о природе света.
Концептуальное препятствие, заключающееся в том, чтобы отличить человеческое восприятие визуальных эффектов от физической природы света, препятствовало развитию теорий света. В этих ранних исследованиях преобладало созерцание механизма зрения. Пифагор ( с. 500 г. до н.э.) предположил, что зрение вызывается визуальными лучами, исходящими из глаза и поражающими объекты, тогда как Эмпедокл ( ок. 450 г. до н.э.), по-видимому, разработал модель зрения, в которой свет излучался как объектами, так и глазом. Эпикур ( ок. 300 гг. до н. э.) считал, что свет излучается другими источниками, помимо глаза, и что зрение возникает, когда свет отражается от объектов и попадает в глаз. Евклид ( ок. 300 г. до н.э.) в своей книге Оптика представил закон отражения и обсудил распространение световых лучей по прямым линиям. Птолемей ( с. 100 н.э.) предпринял одно из первых количественных исследований преломления света при его переходе из одной прозрачной среды в другую, сведя в таблицу пары углов падения и пропускания для комбинаций нескольких сред.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
С упадком греко-римского царства научный прогресс переместился в исламский мир. В частности, аль-Махмун, седьмой аббасидский халиф Багдада, основал Дом Мудрости (Байт аль-Хикма) в 830 г. н.э. для перевода, изучения и улучшения эллинистических научных и философских трудов. Среди первых ученых были аль-Хорезми и аль-Кинди. Известный как «философ арабов», аль-Кинди расширил концепцию прямолинейно распространяющихся световых лучей и обсудил механизм зрения. К 1000 г. от пифагорейской модели света отказались, и возникла лучевая модель, содержащая основные концептуальные элементы того, что сейчас известно как геометрическая оптика. В частности, Ибн аль-Хайтам (латинизированный как Альхазен) в Китаб аль-маназир ( ок. 1038; «Оптика») правильно приписывал зрение пассивному восприятию световых лучей, отраженных от предметов, а не активному излучению световых лучей глазами.