Fizyka 
 
Echo światła
Melin
Mając do dyspozycji najprostszy laser, możemy wykonać ciekawe doświadczenie które potwierdzi falową naturę światła pokazując, że światło zachowuje się nieco dziwnie. Do doświadczenia będziemy także potrzebowali trochę plasteliny, żyletkę lub ostrza wymontowane z maszynki do golenia oraz cienki drut.

Laser powinien mieć niewielką moc. Pamiętajmy, że ze światłem laserowym nie ma żartów, i nawet najsłabsze lasery o mocy poniżej 1mW mogą być niebezpieczne dla wzroku oraz dla aparatów fotograficznych lub kamer i mogą powodować trwałe uszkodzenia. Dlatego doświadczenia z laserami należy przeprowadzać ostrożnie i nigdy nie patrzeć bezpośrednio w promień lasera1 (nawet odbity).

Wszyscy wiemy co się dzieje, gdy jakiś przedmiot zasłania światło – powstaje cień. Jednak na granicy tego cienia dochodzi do bardzo ciekawych zjawisk którym warto bliżej się przyjrzeć. Aby nie przeszkadzało nam silne światło świecące obok na ekran, ograniczymy się to przepuszczania światła przez wąską szczelinę. Wtedy wszystko co zobaczymy – będzie obrazem tego co jest na granicy cienia.

Szczelinę możemy przygotować z dwóch ostrzy – na przykład z dwóch połówek żyletki. Powinny być one tak zamocowanie, by można było zmieniać miedzy nimi odległość regulując szerokość szczeliny. Zwykle w laboratoriach stosuje się specjalne metalowe ramki z elementami przysłony poruszanymi przy pomocy śruby. Nam wystarczy przyklejenie połówek żyletki do niewielkiego kawałka plasteliny. Na początek szczelina nie musi być specjalnie mała. Powinna mieć około 1mm.

Za tak przygotowaną szczeliną umieścimy ekran z kartki białego papieru. Jeśli teraz poświecimy na szczelinę, zobaczymy na ekranie światło przechodzące przez szczelinę – silna plamkę światła laserowego w centrum obrazu, jednak światło będzie widoczne także w części zasłoniętej przez ostrza. Jeśli poświecimy laserem bezpośrednio na ekran – zobaczymy tylko centralną plamkę – nie jest to więc problem zbyt szerokiej wiązki światła. Wiązka rozszerza się dopiero po przejściu przez szczelinę. Jeśli szczelinę będziemy zwężać, centralna plamka będzie słabła, jednak boczne „ogony” pozostaną. Co więcej, przy odpowiednio wąskiej szczelinie zaczniemy zauważać, że dielą się one na jaśniejsze i ciemniejsze „prążki”.

Prążki te będą miały różną szerokość w zależności od tego jakiej barwy światła użyjemy. Dla światła zielonego – będą gęstsze niż dla czerwonego. Jeśli uda się nam zdobyć także laser niebieski – zobaczymy, że prążki są jeszcze gęściej.

Efekt który tu obserwujemy jest związany z tym, że światło jest falą, która ugina się na brzegach szczeliny, a promienie pochodzące od obu brzegów – interferujące sobą tworząc obraz interferencyjny – prążki, których gęstość zależy między innymi od długości fali świetlnej.

Obraz ten będzie jeszcze lepiej widoczny jeśli użyjemy dwóch szczelin położonych bardzo blisko siebie. Taki układ można przygotować umieszczając pomiędzy ostrzami – cienki drucik. Powinien być ona naprawdę cienki – o średnicy poniżej 0,2mm. Heśli nie dysponujemy takim drucikiem możemy użyć też włosa. Niestety drucik ten musi być prosty, należy go więc naciągnąć i tu już plastelinowa konstrukcja się nie sprawdza. Będziemy potrzebowali płytki z dowolnego sztywnego materiału w której wywiercimy otwory pod dwie śruby M3 lub M4. Jeśli płytka nie przepuszcza światła – wywiercimy w niej jeszcze jeden większy otwór przez który będziemy przepuszczać światło. Drut łapiemy pod podkładkę jednej śruby i przykręcamy ja blokując możliwość przesuwania się drutu. Następnie naciągamy go i podobnie blokujemy drugą śrubą.

Teraz wystarczy po obu stronach umieścić ostrza i przytwierdzić je kawałkami plasteliny. Teraz trzeba trochę poeksperymentować z ustawieniem żyletek. Najlepiej robić do przesuwając połówki żyletek i kontrolując odległości od drutu pod silną lupą.

Gdybyśmy użyli większej liczby równomiernie rozmieszczonych szczelin – uzyskalibyśmy prążki bardziej wyraźne i ostrzejsze.


1
 Fizycy doświadczalni którzy używają laserów w swoich laboratoriach mają powiedzenie: „Nigdy nie patrz w światło lasera pozostałym okiem”
 
Opinie
 
Facebook
 
  
26835 wyświetleń

numer 12/2016
2016-12-01

Od redakcji
Aktualności
Chemia
Dla młodszych
Fizyka
Geografia
Literatura
Polityka
Psychologia
Rozmaitości
Socjologia

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net