Fiziğin Muhteşem DünyasıEtkileşimli fizik simülasyonları
Ana sayfa › Fizik III › Girişim · Kırınım

Işıkta Girişim ve Kırınım

Aralarında $d$ uzaklığı bulunan iki yarıktan çıkan dalgalar ekranda üst üste biner. Yol farkı $\Delta = d\sin\theta$ dalga boyunun tam katı olduğunda yapıcı, buçuklu katı olduğunda yıkıcı girişim olur:

$$d\sin\theta = m\lambda\ \ (\text{aydınlık}),\qquad d\sin\theta = \left(m+\tfrac12\right)\lambda\ \ (\text{karanlık}),\qquad m = 0, \pm1, \pm2, \ldots$$

Genişliği $a$ olan tek bir yarık da kendi içindeki noktaların girişimiyle kırınım deseni oluşturur; ilk karanlık saçak $a\sin\theta = \lambda$ koşulundadır. Gerçek bir çift yarıkta girişim saçakları bu tek yarık zarfının içinde görülür:

$$I(\theta) = I_0\left(\frac{\sin\beta}{\beta}\right)^2\left(\frac{\sin N\alpha}{N\sin\alpha}\right)^2,\qquad \alpha = \frac{\pi d\sin\theta}{\lambda},\quad \beta = \frac{\pi a\sin\theta}{\lambda}$$
Küçük açı yaklaşımı

Ekran uzaklığı $L \gg y$ ise $\sin\theta \approx \tan\theta = y/L$ olur ve aydınlık saçaklar $y_m \approx m\lambda L/d$ konumlarındadır; ardışık saçaklar arası $\Delta y = \lambda L/d$'dir. Kırınım ağında açılar büyük olduğundan bu yaklaşım kullanılmaz.

Parametreler

Desene (renkli şerit veya grafik) tıklayarak o noktadaki yol farkını ve şiddeti görün.

Hesaplama

Bunu dene

1. Çift yarıkta $\lambda = 600$ nm, $d = 0.25$ mm, $L = 1.5$ m seçin. Ardışık aydınlık saçaklar arasındaki uzaklığı hesaplayıp desende ölçün. Dalga boyunu kırmızıya (700 nm) kaydırınca saçaklar sıklaşır mı, seyrekleşir mi?

Açıklama
$\Delta y = \lambda L/d = (600\times10^{-9})(1.5)/(2.5\times10^{-4}) = 3.6$ mm. Dalga boyu büyüdükçe $\Delta y$ büyür: kırmızı ışıkta saçaklar seyrekleşir (700 nm için 4.2 mm).

2. Tek yarıkta $a = 0.10$ mm, $\lambda = 600$ nm, $L = 1.5$ m alın. Merkezi aydınlık bölgenin genişliği ne kadardır? Yarığı daraltınca ne olur?

Açıklama
İlk karanlıklar $y = \pm\lambda L/a = \pm 9.0$ mm'dedir; merkezi bölge $2\lambda L/a = 18$ mm genişliğindedir. Yarık daraldıkça desen genişler: dalga daha çok kırınıma uğrar.

3. Çift yarıkta $d = 0.25$ mm ve $a = 0.05$ mm seçin. Merkezi zarfın içinde kaç aydınlık saçak var, hangi mertebe kayboluyor? Ardından kırınım ağında 500 çizgi/mm ve $\lambda = 500$ nm için en yüksek mertebeyi bulun.

Açıklama
$d/a = 5$: $m = \pm5$ mertebesi tek yarık minimumuna denk gelir ve kaybolur; merkezi zarfta $2(5)-1 = 9$ saçak vardır. Ağda $d = 2\ \mu$m, $\sin\theta = m\lambda/d \le 1$ ⇒ $m_{\max} = 4$ ($\theta_1 = 14.5^\circ$, $\theta_4 = 90^\circ$ sınırında olduğu için pratikte $m = 3$ görülür: $\theta_3 = 48.6^\circ$).

Fizik III dersindeki diğer simülasyonlar