Làm thí nghiệm của Jung? Nó không khó lắm đâu

16

N. Rostovtsev

Làm thí nghiệm của Jung?

Nó không khó lắm đâu

Ở một khoảng cách đủ lớn so với màn hình đối với những gì đang được quan sát, hai bóng đèn giống hệt nhau được đặt cạnh nhau, chẳng hạn như bóng đèn dùng cho đèn pin. Thắp sáng một trong số chúng trước, sau đó đốt cả hai cùng một lúc. Bạn sẽ thấy rằng bất cứ nơi nào trên màn hình, độ chiếu sáng sẽ lớn hơn khi bật hai đèn so với khi bật một đèn.

Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Nếu có hai chùm ánh sáng, thì có thể ở nơi này trong không gian chúng dỗ dành nhau, ở nơi khác chúng làm suy yếu hoặc thậm chí dập tắt lẫn nhau. Hiện tượng này được gọi là giao thoa ánh sáng và các tia sáng tạo ra hình ảnh như vậy được gọi là đồng hội tụ.

Nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên về sự giao thoa ánh sáng được thực hiện bởi nhà khoa học người Anh Thomas Young vào đầu thế kỷ 19. Sơ đồ thí nghiệm mang tên ông được thể hiện trên Hình 1, a. Ánh sáng từ một phản ứng sáng chói được chiếu sáng bởi Mặt trời nhỏ (hoặc khe hẹp) A chiếu vào hai phản ứng nhỏ (hoặc khe hẹp) B và C nằm gần nhau (| BC| ≈ 2 mm). Trên màn hình từ xa (l≈2 m), nơi các chùm ánh sáng phát ra từ B và C chồng lên nhau, quan sát thấy các sọc sáng và sọc tối xen kẽ với nhau (Hình 1, b). Nếu một trong hai khe B hoặc C bị chặn thì các sọc đen biến mất và chỉ còn lại một vết sáng trên màn.

Làm thế nào chúng ta có thể giải thích kết quả thí nghiệm của Jung? Theo nguyên lý Huygen-Fresnel, các phản ứng B và C có thể đạt được từ phản ứng A, trở thành nguồn chính xác của sóng thứ cấp. Do có nguồn gốc chung nên các sóng này kết hợp với nhau và khi chồng lên nhau chúng sẽ giao thoa với nhau. Ở những nơi sóng đến cùng pha, chúng tăng cường lẫn nhau và tạo thành độ chiếu sáng tối thiểu. Khi các sóng đến theo các pha ngược nhau, chúng làm suy yếu lẫn nhau và tạo ra độ chiếu sáng tối thiểu. Vì các dao động trong phản ứng B và C cùng pha nên rõ ràng là kết quả của giao thoa phụ thuộc hoàn toàn vào độ lệch đường truyền Δ của các sóng giao thoa tới điểm đang xét.

Tại điểm O, cách đều các phản hồi, các sóng đến theo các pha giống hệt nhau và triệt tiêu lẫn nhau - quan sát thấy ở đó mức chiếu sáng cực đại ở trung tâm. Khi di chuyển ra xa điểm O lên hoặc xuống, độ chênh lệch đường truyền sóng Δ=|BD−CD| tăng dần và lần lượt nhận các giá trị λ/2, λ, 3/2λ, 2λ, …, trong đó λ là bước sóng. Chiếu sáng tối đa được quan sát thấy ở những nơi đáp ứng điều kiện
Δ=0, λ, 2λ,…

Tại những điểm mà
Δ=λ/2, 3/2λ, 5/2λ,…,

Mức độ chiếu sáng tối thiểu được quan sát.

17

Có thể tự mình tái tạo lại trải nghiệm của Jung không? Hóa ra việc thực hiện việc này, mặc dù ở một phiên bản hơi khác, lại khá đơn giản.

Chuẩn bị một hoặc hai kim khâu có tay cầm giống hệt nhau có đường kính 0,6-0,8 mm và một tờ giấy. Tốt hơn nên sử dụng giấy đen dùng để đóng gói phim ảnh hoặc giấy ảnh. Vai trò của nguồn sáng chính xác có thể được thực hiện bởi bóng đèn pin (nếu được quan sát ở khoảng cách ít nhất 2-3 m so với nó) hoặc một lỗ nhỏ (đường kính 2-3 mm) trên một miếng bìa cứng được lắp ngay phía trước đèn pin để có thể nhìn thấy dây tóc qua lỗ. Vào buổi tối, bạn có thể sử dụng ánh sáng từ đèn lồng từ xa. Nguồn sáng tốt nhất là hình ảnh Mặt trời trong một quả cầu thép (đường kính 10-20 mm).

Nếu bạn đã sẵn sàng mọi thứ, hãy tham dự các thí nghiệm.

1. Cắt một dải giấy rộng 1-2 cm và dùng kim chọc vào các lỗ có đường kính giảm dần trên đó, bắt đầu bằng đường kính kim 0,6-0,8 mm. Để làm cho các lỗ tròn, hãy xoay dải giấy quanh kim hoặc xoay kim quanh trục của nó khi xỏ khuyên.

Sau khi chà xát chính xác nguồn tuần tự qua từng lỗ, đặt trực tiếp trước mắt. Bạn sẽ thấy rằng qua lỗ lớn nhất, nguồn sẽ trông gần giống như khi không có lỗ. Với đường kính lỗ nhỏ hơn, hình ảnh sẽ khác: một điểm tròn sáng sẽ được bao quanh bởi các chốt tối và sáng (Hình 2). Khi đường kính của lỗ giảm, đường kính của điểm sáng trung tâm và các bánh xe xung quanh nó sẽ tăng lên và cường độ của chúng sẽ giảm đi.

2. Bây giờ hãy tạo cái gọi là lỗ kép để trực tiếp thực hiện thí nghiệm của Jung. Lấy kim giống nhau trên tay phải và tay trái của bạn. TRÊN-

Trên một tờ giấy rộng 1-2 cm, đặt những chiếc kim nhọn lên một mặt và cách nó một phần milimet, đặt những chiếc kim nhọn lên mặt kia. Các kim nên tạo một góc nhỏ với phương thẳng đứng. Cố gắng nhấn cả hai kim cùng lúc và mạnh như nhau - bạn sẽ có được một lỗ đôi. (Tất nhiên, một lỗ đôi có thể được tạo bằng một kim, nhưng, như thực tế cho thấy, chất lượng của nó sẽ kém hơn.) Sẽ tốt nếu đường kính của các lỗ khoảng 0,2-0,3 mm và khoảng cách giữa chúng là khoảng 0,4-0,6 mm.

Sau đó, chà qua các lỗ này lên nguồn sáng chính xác. Bạn thấy rằng điểm sáng trung tâm thu được từ lần quan sát trước sẽ được chia bởi các sọc tối thành một số sọc sáng (Hình 3). Sọc tối (phút chiếu sáng) là những nơi mà ánh sáng từ lỗ này bị dập tắt bởi ánh sáng từ lỗ khác. Nếu các lỗ tròn và có cùng đường kính thì ấu trùng cực tiểu có thể nhìn thấy rõ ràng không chỉ ở điểm sáng trung tâm mà còn trên các chốt đèn xung quanh nó.

Luôn có thể nhìn thấy một sọc sáng ở giữa mẫu giao thoa. Số lượng sọc sáng đặt ở vị trí trung tâm có thể bằng 3,5,7,… Điều này phụ thuộc vào tỷ lệ khoảng cách giữa tâm các lỗ với đường kính của chúng. Nếu đường kính của lỗ không thay đổi và khoảng cách giữa các lỗ giảm thì số lượng sọc sáng cũng giảm và chiều rộng của chúng tăng tương ứng.

Xoay dải giấy có lỗ đôi xung quanh trò chơi và mắt, hệ thống sọc sáng tối cũng sẽ xoay theo.