= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

Podobne dokumenty
Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Prawo Biota-Savarta. Autorzy: Zbigniew Kąkol Piotr Morawski

W tym module rozpoczniemy poznawanie właściwości fal powstających w ośrodkach sprężystych (takich jak fale dźwiękowe),

Soczewkami nazywamy ciała przeźroczyste ograniczone dwoma powierzchniami o promieniach krzywizn R 1 i R 2.

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Obliczanie długości łuku krzywych. Autorzy: Witold Majdak

Zasady dynamiki Newtona. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Iloczyn wektorowy. Autorzy: Michał Góra

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Siły zachowawcze i niezachowawcze. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Ruch jednowymiarowy. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

Pochodna funkcji a styczna do wykresu funkcji. Autorzy: Tomasz Zabawa

Suriekcja, iniekcja, bijekcja. Autorzy: Anna Barbaszewska-Wiśniowska

Całki z funkcji trygonometrycznych. Autorzy: Tomasz Drwięga

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

13. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Tożsamości cyklometryczne. Zadania z zastosowaniem funkcji cyklometrycznych. Autorzy: Anna Barbaszewska-Wiśniowska

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Wykład 27 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

Wykład 16: Optyka falowa

Ciąg monotoniczny. Autorzy: Katarzyna Korbel

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Funkcja pierwotna. Całka nieoznaczona. Podstawowe wzory. Autorzy: Konrad Nosek

Wykład 16: Optyka falowa

Ciepło właściwe. Autorzy: Zbigniew Kąkol Bartek Wiendlocha

Zjawisko interferencji fal

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

G:\AA_Wyklad 2000\FIN\DOC\FRAUN1.doc. "Drgania i fale" ii rok FizykaBC. Dyfrakcja: Skalarna teoria dyfrakcji: ia λ

Zjawisko interferencji fal

Interferencja. Dyfrakcja.

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Metoda eliminacji Gaussa. Autorzy: Michał Góra

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Ciągłość funkcji jednej zmiennej rzeczywistej. Autorzy: Anna Barbaszewska-Wiśniowska

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Zjawisko interferencji fal

Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga

POMIAR DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ I SPEKTROMETRU

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

28 Optyka geometryczna i falowa

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Obliczanie pochodnej funkcji. Podstawowe wzory i twierdzenia. Autorzy: Tomasz Zabawa

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Podstawy fizyki wykład 7

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

Podstawy informatyki. Informatyka stosowana - studia niestacjonarne. Grzegorz Smyk

DYFRAKCJA ŚWIATŁA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład VI Dalekie pole

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Prawa optyki geometrycznej

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

ODWZOROWANIE W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

2.6.3 Interferencja fal.

Dualizm korpuskularno falowy

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

WŁASNOŚCI FAL (c.d.)

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

Optyka falowa. dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ 2012/13

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

Promieniowanie dipolowe

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Rozdział 8. Fale elektromagnetyczne

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Na ostatnim wykładzie

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Drgania wymuszone - wahadło Pohla

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Zwój nad przewodzącą płytą

Przedmiot: Fizyka. Światło jako fala. 2016/17, sem. letni 1

Prawo Coulomba. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

ANALIZA HARMONICZNA DŹWIĘKU SKŁADANIE DRGAŃ AKUSTYCZNYCH DUDNIENIA.

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

Ruch falowy. Fala zaburzenie wywoane w jednym punkcie ośrodka, które rozchodzi się w każdym dopuszczalnym kierunku.

Transkrypt:

Natężenie światła w obrazie dyfrakcyjnym Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski Chcemy teraz znaleźć wyrażenie na rozkład natężenia w całym ekranie w funkcji kąta θ. Szczelinę dzielimy na N odcinków i każdy z nich traktujemy jak źródło zaburzenia falowego. Zakładamy, że dla małych kątów θ zaburzenia falowe docierające do punktu P z różnych miejsc szczeliny mają jednakowe amplitudy E 0. Wtedy w punkcie P dodaje się N wektorów natężenia pola elektrycznego E o tej samej amplitudzie E 0 i tej samej częstości. Różnica faz między falami pochodzącymi z sąsiednich odcinków szczeliny wynosi. Szukamy zatem zaburzenia wypadkowego dla różnych punktów P, to jest dla różnych kątów θ, co równocześnie odpowiada różnym wartościom. Skorzystamy tu z graficznej metody dodawania amplitud zaburzeń falowych. W tej metodzie każdej fali odpowiada wektor (nazywany wskazem), którego długość reprezentuje amplitudę fali, a kąt względem osi x fazę. Amplitudę wypadkową fali znajdujemy jako sumę wektorów amplitud (wskazów) uwzględniając tym samym amplitudy fal składowych jak i różnice faz między falami. Na Rys. 1 poniżej jest przedstawiona konstrukcja geometryczna, za pomocą której obliczymy natężenie światła w przypadku dyfrakcji na jednej szczelinie. Rysunek 1: Graficzne dodawanie wektorów amplitud w przypadku dyfrakcji na jednej szczelinie Łuk okręgu jest utworzony z wektorów amplitud fal pochodzących z N elementarnych źródeł w szczelinie. Długość łuku wynosi E m czyli jest równa maksymalnej amplitudzie w środku obrazu dyfrakcyjnego (linia prosta strzałek). Kąt ϕ w dolnej części rysunku przedstawia różnicę fazy między skrajnymi wektorami w łuku to znaczy ϕ jest różnicą faz pomiędzy promieniami wychodzącymi z góry i dołu szczeliny. Z Rys. 1 widać, że zachodzi związek R/ = sin (1) skąd = Rsin () W mierze łukowej kąt = E m /R więc R = E m (3) Podstawiając tę zależność do równania ( ), otrzymujemy E m = sin / (4) lub

E m = sin (5) gdzie = ϕ /. Wektory na Rys. 1 odpowiadają amplitudom pola elektrycznego. Żeby otrzymać natężenie światła trzeba amplitudy podnieść do kwadratu, więc na podstawie równania ( 5 ) otrzymujemy sin I θ = ( ) (6) Jak widzimy, w przeciwieństwie do obrazu interferencyjnego, natężenia kolejnych maksimów dyfrakcyjnych nie są jednakowe. Ponieważ ϕ jest różnicą faz dla promieni wychodzących z brzegów szczeliny o szerokości a, więc różnica dróg jakie przebywają te promienie do punktu P wynosi asin θ. Korzystając z relacji różnica faz π = różnica dróg λ (7) otrzymujemy πa λ = = sinθ (8) Łącząc równania ( 6 ) i ( 9 ), możemy obliczyć natężenie światła dla obrazu dyfrakcyjnego otrzymanego dla pojedynczej szczeliny. Widzimy, że natężenie I θ przyjmuje wartości minimalne dla = mπ, m = 1,, 3,... (9) Podstawiając tę zależność do równania ( 8 ) otrzymujemy wynik zgodny z uzyskaną poprzednio zależnością Dyfrakcja na pojedyńczej szczelinie-( ). Podobnie jest z wartościami maksymalnymi natężenia, które otrzymujemy dla 1 = (m + )π, m = 1,, 3,... (10) Na Rys. przedstawiono rozkład natężenia światła (krzywe I θ) w funkcji położenia na ekranie (kąta θ) dla różnych szerokości szczeliny (w stosunku do długości fali λ). Rysunek : Natężenie światła w obrazie dyfrakcyjnym pojedynczej szczeliny ZADANIE

Zadanie 1: Stosunek natężeń maksimów dyfrakcyjnych Treść zadania: Jak widzieliśmy na Rys. natężenia kolejnych maksimów w obrazie dyfrakcyjnym nie są jednakowe. Oblicz stosunek natężeń trzech kolejnych maksimów do natężenia maksimum środkowego w obrazie dyfrakcyjnym dla pojedynczej szczeliny. Wskazówka: Skorzystaj z warunku na maksimum (dla m = 1,, 3) i wyrażenia ( 6 ) na natężenie światła. I θ / m = 1 m = m = 3 Tabela 1: Tabela do zadania ROZWIĄZANIE: Dane: m = 1,, 3. Natężenie światła obliczamy ze wzoru ( 6 ) sin I θ = ( ) przy czym maksimum natężenia otrzymujemy dla 1 = (m + )π, m = 1,, 3,... Dla m = 1 otrzymujemy = 3 π / oraz = 0.045 Dla m = otrzymujemy = 5 π / oraz = 0.016 Dla m = 3 otrzymujemy = 7 π/ I oraz θ = 0.008 Okazuje się, że natężenia kolejnych maksimów maleją bardzo szybko i stanowią odpowiednio 4.5%, 1.6% i 0.8% natężenia maksima środkowego. I θ I θ

http://epodreczniki.open.agh.edu.pl/openagh-simulation.php?fileid=138 Publikacja udostępniona jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa - Na tych samych warunkach 3.0 Polska. Pewne prawa zastrzeżone na rzecz autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej. Zezwala się na dowolne wykorzystanie treści publikacji pod warunkiem wskazania autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej jako autorów oraz podania informacji o licencji tak długo, jak tylko na utwory zależne będzie udzielana taka sama licencja. Pełny tekst licencji dostępny na stronie http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/pl/. Czas generacji dokumentu: 015-07- 07:46:3 Oryginalny dokument dostępny pod adresem: http://epodreczniki.open.agh.edu.pl/openagh-permalink.php? link=cfedf8b696ed57c673570665ba008c0 Autor: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski