Experimentul lui Young

Diagrama fenomenului reprezentat de Young

În fizică, experimentul lui Young , realizat de Thomas Young în 1801 , a demonstrat natura undelor luminii .

Experiment original

Două unde cilindrice pornesc de la pătratele roșii: datorită interferențelor, punctele negre de pe ecran nu primesc niciodată lumină, în timp ce cele roșii vor avea intensitate maximă

Se bazează pe o singură sursă care luminează un ecran opac cu două fante paralele (plasate la distanță $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ ) cu o lățime suficient de mică în comparație cu lungimea de undă $\lambda$ ${\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ a luminii incidente. În acest fel, conform principiului lui Huygens , fantele devin două surse liniare de lumină coerentă pe care le generează pe un ecran plasat la distanță $L$ ${\ displaystyle L}$ $L$ un model de interferență format din benzi alternativ întunecate și luminoase.

La o distanță mare, cele două raze de lumină sunt aproape paralele, astfel încât diferența de cale optică dintre ele corespunde liniei

\Delta

{\ displaystyle \ Delta}

\ Delta

.

La o distanță foarte mare de crăpături ( $L\gg d$ ${\ displaystyle L \ gg d}$ ${\ displaystyle L \ gg d}$ ), liniile care leagă fantele cu un anumit punct $P.$ ${\ displaystyle P}$ $P.$ pe ecran sunt aproximativ paralele și formează un unghi $\vartheta$ ${\ displaystyle \ vartheta}$ $\ vartheta$ cu normalul de îmbinare a fantelor în sine, iar diferența de cale optică este cu o bună aproximare $\Delta \simeq d\sin {\vartheta }$ ${\ displaystyle \ Delta \ simeq d \ sin {\ vartheta}}$ ${\ displaystyle \ Delta \ simeq d \ sin {\ vartheta}}$ . Interferența constructivă apare apoi pe ecran atunci când $k\Delta =2m\pi$ ${\ displaystyle k \ Delta = 2m \ pi}$ ${\ displaystyle k \ Delta = 2m \ pi}$ (cu $k={\frac {2\pi }{\lambda }}$ ${\ displaystyle k = {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}}}$ ${\ displaystyle k = {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}}}$ modul de vector de undă ed $m\in \mathbb {Z}$ ${\ displaystyle m \ in \ mathbb {Z}}$ ${\ displaystyle m \ in \ mathbb {Z}}$ indicând ordinea acestui maxim), sau când condiția este îndeplinită

\sin {\vartheta _{max}}={\frac {m\lambda }{d}}

{\ displaystyle \ sin {\ vartheta _ {max}} = {\ frac {m \ lambda} {d}}}

{\ displaystyle \ sin {\ vartheta _ {max}} = {\ frac {m \ lambda} {d}}}

unde este $\vartheta _{max}$ ${\ displaystyle \ vartheta _ {max}}$ ${\ displaystyle \ vartheta _ {max}}$ indică unghiul la care apare interferența maximă. Într-un mod complet analog, interferența distructivă va fi obținută atunci când $k\Delta =\pi +2m\pi$ ${\ displaystyle k \ Delta = \ pi + 2m \ pi}$ ${\ displaystyle k \ Delta = \ pi + 2m \ pi}$ , acesta este

\sin {\vartheta _{min}}=(2m+1){\frac {\lambda }{2d}}

{\ displaystyle \ sin {\ vartheta _ {min}} = (2m + 1) {\ frac {\ lambda} {2d}}}

{\ displaystyle \ sin {\ vartheta _ {min}} = (2m + 1) {\ frac {\ lambda} {2d}}}

În cele din urmă, pentru unghiurile „mici” ( $\vartheta \sim \sin {\vartheta }\sim \tan {\vartheta }$ ${\ displaystyle \ vartheta \ sim \ sin {\ vartheta} \ sim \ tan {\ vartheta}}$ ${\ displaystyle \ vartheta \ sim \ sin {\ vartheta} \ sim \ tan {\ vartheta}}$ ) și, prin urmare, de asemenea $m$ ${\ displaystyle m}$ $m$ mic, puteți obține distanța dintre punctul mediu al ecranului și punctele maxime:

y_{max}\simeq {\frac {m\lambda L}{d}}

{\ displaystyle y_ {max} \ simeq {\ frac {m \ lambda L} {d}}}

{\ displaystyle y_ {max} \ simeq {\ frac {m \ lambda L} {d}}}

Intr-adevar

y_{max}=L\tan {\vartheta _{max}}\sim L\sin {\vartheta _{max}}\sim L{\frac {m\lambda }{d}}

{\ displaystyle y_ {max} = L \ tan {\ vartheta _ {max}} \ sim L \ sin {\ vartheta _ {max}} \ sim L {\ frac {m \ lambda} {d}}}

{\ displaystyle y_ {max} = L \ tan {\ vartheta _ {max}} \ sim L \ sin {\ vartheta _ {max}} \ sim L {\ frac {m \ lambda} {d}}}

Experimente „tinere” cu dublă fantă

Același subiect în detaliu: Experimentul cu două fante .

Prin analogie, experimente similare efectuate în alte domenii ale fizicii pentru studiul fenomenelor de interferență , în care un fascicul de particule (de exemplu, electroni ) este făcut să treacă prin două sau mai multe fante, sunt indicate cu termenul „experimente la Young” .

Apariția interferenței folosind și fascicule corpusculare a confirmat dualismul undă-particulă , un aspect fundamental al mecanicii cuantice .

Bibliografie

Richard P. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter , Princeton University Press, 1988, ISBN 0-691-02417-0 .
Philipp Frank,Filosofia științei , Prentice-Hall, 1957.
John Gribbin,Q este pentru Quantum: Particle Physics from A to Z , Weidenfeld & Nicolson, 1999, ISBN 0-7538-0685-1 .
AF și Edwin F. Taylor French, An Introduction to Quantum Physics , Norton, 1978, ISBN 0-393-09106-6 .
Brian Greene, Universul elegant , Vintage, 2000, ISBN 0-375-70811-1 .
Brian Greene, The Fabric of the Cosmos , Vintage, 2005, ISBN 0-375-72720-5 .
Tony Moy, The New Quantum Univers , Cambridge University Press, 2003, ISBN 0-521-56457-3 .
Francis Weston Sears, Optică , Addison Wesley, 1949.
Paul Tipler, Fizică pentru oamenii de știință și ingineri: electricitate, magnetism, lumină și fizică modernă elementară , ediția a 5-a, WH Freeman, 2004, ISBN 0-7167-0810-8 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere din experimentul lui Young

linkuri externe

Derivarea simplă a condițiilor de interferență , la schools.matter.org.uk . Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 25 iunie 2008) .
Experimentul Double Slit , pe physicsweb.org .
Dublă fantă în timp , pe physicsweb.org .
Keith Mayes explică Double Slit Experiment în engleză simplă , la thekeyboard.org.uk .
Departamentul de fizică Carnegie Mellon, imagini foto ale inelelor lui Newton , pe physdemo.phys.cmu.edu . Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 3 aprilie 2009) .
Demonstrație Java a experimentului cu două fante , la falstad.com . Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 12 octombrie 2008) .
Demonstrație Java a interferenței cu două fante a lui Young , la vsg.quasihome.com .
Animație de experiment cu două fante ( GIF ), pe pagina principală.univie.ac.at .
Filme de interferență electronică din experimentul Merli (Bologna-Italia, 1974) , pe bo.imm.cnr.it. Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 8 ianuarie 2008) .
Videoclip Freeview „Electron Waves Unveil the Microcosmos” A Royal Institution Discourse de Akira Tonomura oferit de Vega Science Trust , la vega.org.uk.
Filmele care prezintă evenimente cu un singur electron se acumulează pentru a forma un model de interferență în experimentele cu dublă fantă. (Dimensiunea fișierului = 3,8 Mb) (Durata filmului = 1m 8s) ( WMV ), la hqrd.hitachi.co.jp . Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 27 noiembrie 2007) .
Site-ul Hitachi care oferă fundal pentru videoclipul Tonomura și link către videoclip , la hqrd.hitachi.co.jp . Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 25 iulie 2008) .
„Interferența cu o singură particulă observată pentru obiectele macroscopice” , pe physorg.com .
Huygens și interferențe , pe acoustics.salford.ac.uk .
Huygens și interferențe ( PDF ), pe strings.ph.qmw.ac.uk . Accesat la 2 octombrie 2008 (arhivat din original la 26 iulie 2011) .
Caltech: Universul mecanic, capitolul 50 - Particule și unde , pe video.google.com (arhivat din original la 9 aprilie 2009) .

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica