121

ניסוי יאנג –התאבכות באור : 81ניסוי מטרת הניסוי .א

את אופיו הגלי של אור ולמדוד בעזרת התבנית את אורכי , להוכיח באמצעות תבנית התאבכות

.של אור בצבעים שונים והתדירויות הגל 1התיאוריה שבבסיס הניסוי .ב

ניסוי יאנג -התאבכות משני מקורות נקודתיים

מאפשרים לנו לבנות מערך , ניאון-כדוגמת לייזר הליום, מקורות אור חזקים מאד ומונוכרומטייםניסוי שבו ניתן לשלוח אלומת אור צרה וחזקה אל מחסום בו חרוצים שני חריצים צרים וקרובים

הנמצא מעברו השני של המחסום " חצי שקוף"ע ועל מרק, אלומת האור מתפצלת לשניים. זה לזהידי פסי אור וחושך -ניתן לראות בצורה ברורה וחדה את תבנית ההתאבכות המאופיינת על

. לסירוגין שני הסדקים שהמרחק ביניהםd משמשים כשני מקורות קוהרנטיים ביניהם שורר הפרש מופע (.פנס הלייזר)ממקור האור התלוי בהפרש מרחקיהם pקבוע

התאבכות קבועה ומתקבלת תבנית, הגלים היוצאים משני הסדקים מתאבכים זה עם זה את . אור -שביניהם קווי מכסימום , חושך –ידי קווי צומת -תבנית זו מאופיינת על. במקומה אם הוא פוגע שהרי לא ניתן לראות אור אלארק על מרקע הקווים הללו ניתן לראות את .אל עינינו ומוחזר" במשהו"

על " עקבותיו"האור הפוגע במרקע החצי שקוף מוחזר בחלקו ועובר בחלקו כך שניתן לראות את .הבאהמרקע כמתואר בתרשים

נקודתP 8הפרש מרחקיה משני המקורות כאשרחושך –על המרקע תהיה נקודת צומתS 2 -וS : סחההנו מקיים את

((n = 1, 2, 3, … )2

1np(PSPS 21

1

של "גלים ואופטיקה פיסיקלית-קרינה וחומר"בספר ' בפרק ד 3.5 -ו 3.5סעיפים ראה להרחבת הרקע העיוני .זינגר דוד ר"ד

לייזרHe-Ne

שני סדקים

צרים וקרובים

מרקע "חצי שקוף"

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

122

שנעשה בגלי המים המתמטי פיתוח הסמך -על

n

nn

L

x

d)

2

1np(sin

((n = 1, 2, 3, …

:כאשר

p - ותהפרש המופע בין המקור n - מספרו של קו הצומת - אורך הגל של האור d - המרחק בין המקורות

xn - מרחק נקודה על קו הצומת ה- n –האמצעי לקטע מהאנך יS1S2. Ln - מרחק נקודת הצומת מאמצע הקטעS1S2 .

במקרה של אור נבצע קירוב נוסף הנובע מהפרופורציות nהזוויות רה זה במק .( Ln >> d) בהן מתבצע הניסוי

:הן זוויות קטנות כך שניתן לרשום בקירוב

L

xtansin n

nn

תבנית ההתאבכות מרחק המרקע עליו מתקבלת - L: כאשר

.מהמישור בו מצויים שני הסדקים ,כלומר

L

x

d)

2

1np( n

:או

d

L)

2

1np(xn

n = 1, 2, 3...

.י מהאנך האמצעי- n -מרחק קו הצומת ה - xn: כאשר

:מהאנך האמצעי הוא n+1 -מנוסחה זו נובע כי מרחקו של קו הצומת ה

d

L)

2

1np(

d

L]

2

1)1n(p[x 1n

:הוא n+1 -קו הצומת ה ביןי ו- n -בין קו הצומת ה x מכאן שהמרחק

)]2

1np(

2

1np[

d

L

d

L)

2

1np(

d

L)

2

1np(xxx n1n

,כלומר

d

Lx

מרקע

2S 1S

d

P

L

xn

Ln

n

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

121

x x

עוצמת הארה

. הוא למעשה רוחב פס האור שבין שני קווי הצומת x לכן .בין כל שני קווי צומת סמוכים יש אורואינו תלוי , מופיעים בנוסחה הרי פירוש הדבר שרוחב פסי האור הוא קבוע אינם p-ו n -כיוון ש

:פרש המופע בין המקורותבה

היא מרבית באמצע פס האור שם . קבועה אינהחשוב להדגיש כי עוצמת ההארה בתוך כל פס אור

אפס בקווי -היא הולכת ופוחתת עד הגיעה לערך מזערי ו, ההתאבכות של שני גלי האור היא בונהווי הצומת נראים שק, צדדים של קווי הצומת עוצמת ההארה היא כה חלשההמשני . הצומת

:כפסים שחורים תיאור מערכת הניסוי ואופן פעולתה .ג

רשימת ציוד

פנס לייזר מערכת שקופיות ובהן סדקים צרים

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

121

מחזיק עדשות עבור השקופית

ףנייר מילימטרי שקו+ לוחית זכוכית מט+ מחזיק עדשות

סרגל ארוך שקוף סרט דביק

התקנה והפעלה

.מציבים בקצה השולחן את פנס הלייזר ומחברים אותו לרשת. א

.כוון את אלומת הלייזר ישירות לעיןיש להיזהר שלא ל

שביניהם dסדקים שהמרחק 2סמוך לפתחו של הפנס מציבים מחזיק עדות ובו שקופית ובה . ב .0.06mmהוא

ומציבים אותה במחזיק , על הלוחית העשויה מזכוכית מט מדביקים נייר מילימטרי שקוף. ג .העדשות

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

121

.חק כמטר ממחזיק העדשות שבו מוצבת השקופיתמציבים את מחזיק העדשות במר. ד

ומתבוננים בתבנית , סדקים 5סדקים בשקופית שבה 2מחליפים את השקופית שבה . ה .ההתאבכות המתקבלת

ומתבוננים בתבנית , סדקים 4סדקים בשקופית שבה 5מחליפים את השקופית שבה . ו .ההתאבכות המתקבלת

מדידותצוע הבי. ד

.שבין השקופית לבין זכוכית המט Lמודדים את המרחק . א

L = ________cm

פסי אור המתקבלים על הנייר 3או 5את רוחבם הכולל של ( בדיוק של מילימטרים)מודדים . ב

.של פס אור בודד xומחשבים את הרוחב , המילימטרי

cm_______

cm____x

.רוחב פס אור הוא המרחק בין שני קווי צומת סמוכים. 8

יהיו סימטריים ביחס למרכז ,רצוי שקווי הצומת שביניהם מודדים את המרחק. 2 .התבנית

:מחשבים את אורך הגל של האור .ג

nm________cm________L

xd

.רשום על השקופית dהמרחק

5, סדקים 2מתארים במילים את המשותף ואת השונה בתבניות המתקבלות ממערכות של . ד .1סדקים כשהמרחק בין כל שני סדקים סמוכים הוא קבוע 4-סדקים ו

בהסתמך על הסעיף הקודם מתארים במילים את המתרחש כאשר אור מונוכרומטי עובר דרך . ה .1סריג

מומלץ לבצע את הניסוי שוב לפחות , אם לרשותכם פנסי לייזר הפולטים אור בצבע שונה מאדום. ו .אחד מהם

1

.זינגר דוד ר"של ד "גלים ואופטיקה פיסיקלית-קרינה וחומר"בספר ' בפרק ד 3.4סעיפים ראה

פנס לייזר

שקופית ה

זכוכית מט

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

121

שאלות

הסבר מדוע העדפנו למדוד את רוחבו של פס האור על ידי מדידה של . 1 .דולא של פס אור בוד, שלושה או חמישה פסי אור סמוכים

?האם עוצמת ההארה בכל פס אור היא אחידה למלוא רוחבו. 2

לו השתמשנו בפנס לייזר שבסיבוב כפתור ניתן לקבל מממנו אלומות אור . 3

כיצד הייתה משתנה תבנית ההתאבכות במעבר מאור אדום , בצבעים שונים !נמק? לאור ירוק

?כיצד הייתה נראית תבנית ההתאבכות לו השתמשנו באור לבן .4

.סדקים 4-וב, סדקים 3-הסבר את תבנית ההתאבכות המתקבלת ב. 5

, הסבר מדוע בחרנו בטכניקה של פיצול אלומת הלייזר בעזרת שני סדקים. 6 ר הקורנים אור ולא ניסינו לקבל את תבנית ההתאבכות משני פנסי לייז

?באותה תדירות

שלא , האם מוכרות לך דרכים נוספות לפיצול אלומת אור מונוכרומטי. 7

. תאר לפחות דרך אחת כזו, אם כן? באמצעות שני סדקים

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.