XV beogradska gimnazija SEMINARSKI RAD IZ FIZIKE TEMA

XV beogradska gimnazija SEMINARSKI RAD IZ FIZIKE TEMA DIFRAKCIJA I INTERFERENCIJA SVETLOSTI Učenica - Tea Eskenazi 3 -1 Profesor - Zoran Stojić

DIFRAKCIJA Difrakcija predstavlja pojavu prividnog skretanja talasa sa prvobitnog pravca prostiranja (formiranje novih pravaca prostiranja) pri njegovom nailasku na ivice otvora ili na prepreku

Zavisi od odnosa talasne dužine svetlosti i dimenzija otvora. Talas zalazi u oblast geometrijske senke

O POJAVI Objašnjava se Hajgensovim principom Do difrakcije dolazi kod prostiranja talasa svih vrsta elektromagnetnih (svetlost, H-zraka, radio talasa), zvučnih talsa itd. Potvrđena je i kod fizičkih objekata na atomskom nivou, jer i čestice pokazuju talasne osobine i u ovom slučaju pojava se može objasniti principima kvantne mehanike Do difrakcije dolazi kad god talas naiđe na prepreku, efekti difrakcije su najuočljiviji kada je veličina otvora (prepreke) reda veličine talasne duzine talasa. Najpovoljnija situacija za posmatranje difrakcije je kada talas nailazi na prepreku koja ima više bliskih otvora pomenutih dimenzija jer se tada na zaklonu formira difrakciono- interferenciona slika usled različitih putanja kojim se novonastali talasi prostiru.

HAJGENSOV PRINCIP Princip koji se odnosi na prostiranje talasa kroz sredinu. Prema ovom principu, svaka cestica sredine na koju nailazi neki talas postaje izvor sfernih talasa. Grafički prikaz Hajgensovog principa i prelamanja talasa Ogib (difrakcija) prema Huygensovom principu

DIFRAKCIJA NA JEDNOM PROREZU Kada se na put monohromatske svetlosti postavi neprozračna prepreka sa uzanim prorezom na zaklonu će se dobiti interferenciona slika u čijoj sredini se nalazi izražena bela pruga (kao na slici). Intenzitet osvetljenosti se smanjuje sa udaljavanjem od sredine najsvetlije pruge. Difrakcija na kružnom otvoru DIFRAKCIJA SVETLOSTI NA OPTIČKOJ REŠETCI

DIFRAKCIONA REŠETKA Difrakciona (optička rešetka) je staklena ploča sa velikim brojem paralelnih zareza na jednakim međusobnim rasenanjima. Difrakciona rešetka se upotrebljava za postizanje velikog intenziteta osvetljenosti difrakcione slike.

PRIMERI DIFRAKCIJA RESETAKA

Difrakciona rešetka razlaže belu svetlost na sastavne komponente odnosno na spektar po talasnim dužinama. Postoje transmisione i refleksione difrakcione rešetke. Transmisione se prave od providnog materijala i u njih se posebnim postupcima urezuju žljebovi na jednakim rastojanjima. Mesto gdje je urezan žljeb je neprovidno, tj. ne propušta svetlost pa je prostor između dva žljeba praktično tanak otvor. Refleksinone rešetke se prave urezivanjem tankih linija na refleksionim ogledalima. Difrakciona rešetka i difrakciona slika koja se dobija kada se kroz nju propusti laserska svetlost crvene talasne dužine 632, 8 nm.

USLOVI ZA NASTANAK DIFRAKCIONIH MAKSIMUMA I MINIMUMA Difrakcioni maksimum: dsinφ=nΛ Difrakcioni minimum: dsinφ=(2 n+1)Λ/2 d-konstanta difrakcione rešetke, Λ-talasna dužina a n ceo broj koji ima vrednosti n=1. 2. 3…

ISTORIJA Efekat difrakcije je prvi put detaljno objašnjen od strane Frančeska Marije Grimaldija koji je pojavi dao ime polazeći od latinske reči diffringere, što znači “razbiti u komade”. Rezultati do kojih je Grimaldi došao su objavljeni posthumno 1665. Njutn je takođe proučavao efekte vezane za difrakciju. Tomas Jung je izveo poznati eksperiment 1803. godine demonstrirajući interferenciju talasa na dva bliska otvora. Ovaj eksperiment mu je pomogao da dođe do zaključka da se svetlost prostire kao talas, nasuprot tvrdnjama mnogih naučnika da svetlost ima partikularnu prirodu tj. tvrdnjama da je svetlost sastavljena od čestica. Agustin Žan Frenelovi radovi o difrakciji objavljeni 1815. i 1818. godine takođe su išli u prilog ovoj tvrdnji. Ovi radovi su sadržali jednačine koje su potrebne za temeljan opis difrakcije.

TOMAS JUNG (1773– 1829) Engleski fizičar poznat po svojim radovima o talasnoj prirodi svetlosti. Njegov eksperiment iz 1801. godine sa difrakcijom na dva otvora dokazao je da se svetlost prostire kao talas. Ovaj ogled je bio tako uverljiva demonstracija talasnih osobina svetlosti da su ga članovi Kraljevskog društva u Londonu prihvatili kao ključnu potvrdu Hajgensovog talasnog modela, iako je korspukularni, čestični model podržavao neprikosnoveni autoritet Isak Njutn. Pored toga, Jung je prvi ustanovio da ljudsko oko fokusira svetlost promenom u krivini očnog sočiva, otkrio uzrok astigmatizma i prvi predložio mehanizam mešanja boja sa tri osnovne boje. U duhu svog vremena, Jung se bavio i drugim oblastima fizike. Prvi je definisao energiju u modernom smislu te reči. Otkrio je i da za različite materijale postoji konstantan odnos između njihovog istezanja i sile kojom se deluje na njih. Izmerio je moduo istezanja i doprineo definisanju Hukovog zakona. Zainteresovao se za tajnu egipatskih hijeroglifa i 1814. godine pokušao da dešifruje ploču iz Rozete.

Učesnici Napoleonove ekspedicije u Egiptu otkrili su 1799. godine u Rozeti, 50 kilometara severoistočno od Aleksandrije, polomljenu kamenu ploču visoku 114 cm i široku 72 cm. Na njoj je bio uklesan isti natpis, ali na tri različita pisma: grčkom alfabetu i na dve vrste egipatskih hijeroglifa. Jungovo dešifrovanje Rozete uspešno je 1822. godine dovršio Žan Fransoa Šampolion (1790– 1832). Modifikacija Jungovog eksperimenta JUNGOV EKSPERIMENT

DIFRAKCIJA ČESTICA Po kvantnoj teoriji svaka čestica pokazuje i talasne osobine. Dakle i čestice mogu da interferiraju i difraktuju poput na primer zvučnih talasa. Zapravo, difrakcija elektrona i neutrona, koja je potvrđena eksperimentom, je bila bitna pojava za kvantnu mehaniku jer je predstavljala jak argument u njenu korist kada su mnogi sumnjali u njenu ispravnost. Talasna dužina čestica se naziva de Broljeva talasna dužina i iznosi λ=h/p gde je h Plankova konstanta a p inpuls (masa*brzina čestice za čestice koje se ne kreću brzinama bliskim svetlosnoj). Za makroskopske objekte ova talasna dužina je toliko mala da se slobodno može zanemariti. Atom natrijuma koji se kreće brzinom od 3000 m/s ima de Broljevu talasnu dužinu od 5 pikometara - dakle čak i atomi imaju jako male talasne dužine. čestice imaju male talasne dužine ih čini idealnim za proučavanje kristalnih struktura materijala u čvrstom stanju i velikih molekula poput proteina.

INTERFERENCIJA Pojava uzajamnog uticaja talasa, čiji rezultat može biti njihovo slabljenje, pojačavanje ili poništavanje. Interferencija je veoma složen fizički proces. Interferencija talasa iz dva tačkasta izvora.

Interferencija je pojava slaganja dva monohromatska koherentna svetlosna zraka pri čemu u prostoru dolazi do maksimalnog pojačanja ili slabljenja intenziteta svetlosti. Koherentni zraci imaju konstantnu faznu razliku. Monohromatski svetlosni talasi imaju jednu određenu talasnu dužinu (odnosno frekvenciju). Koherentni i monohromatski izvori emituju zapravo jednu boju svetlosti sa istom faznom razlikom.

Interferencione pruge su naizmenična mesta konstruktivne i destruktivne interferencije dva talasa. Interferencija je pojava koja se dogadja kod svih talasa: mehaničkih (npr. zvuk ili površina vode) ili elektromagnetnih (npr. radio talasi, vidljiva svetlost itd. ). Za očiglednije razumevanje pojave interferencija pogledajte interaktivnu simulaciju.

USLOVI ZA NASTANAK INTERFERENCIONIH MAKSIMUMA I MINIMUMA Uslov maksimalnog pojačanja kod interferencione svetlosti je da putna razlika (ΔS) bude jednaka celom broju (n) talasnih dužina (Λ): ΔS = n • Λ Uslov maksimalnog slabljenja kod interferencione svetlosti je da putna razlika (ΔS) bude jednaka neparnom broju (2 n+1) polovine talasne dužine (Λ): ΔS=(2 n+1)Λ/2

MEHANIZAM Princip superpozicije talasa nalaže da kada dva ili više talasa incidiraju u istoj tački, ukupni otklon je jednak vektorskoj sumi otklona individualnih talasa. Ako vrh talasa susreće vrh drugog talasa iste frekvencije u istoj tački, onda veličina otklona je jednaka sumi individualnih otklona – konstruktivna interferencija. Ako vrh jednog talasa sreće donju drugog talasa onda je veličina otklona jednaka razlici individualnih veličina – destruktivna interferencija. kombinovani talas 1 talas 2 Konstruktivna interferencija Destruktivna interferencija

Konstruktivna interferencija se javlja kada je fazna razlika između talasa proizvod 2π, dok se destruktivna interferencija javlja kada je razlika π, 3π, 5π, itd. Ako je razlika između faza između ta dva ekstrema, onda je veličina otklona sumiranih talasa između minimalne i maksimalne veličine. Uzmimo, na primer, šta se dešava kada se dva identična kamena ispuste u miran bazen sa vodom na različitim mestima. Svaki kamen generiše cirkularni talas koji se kreće od tačke gde je kamen ispušten.

Kada se dva talasa preklope, konačni otklon u određenoj tački je suma otklona individualnih talasa. U nekim tačkama, oni će biti u fazi i davaće maksimalni otklon. U drugim tačkama, talasi će biti u antifazi i neće biti konačnog otklona. Stoga, delovi površine će biti stacionarni — oni se vide na gornjoj slici i desno kao stacionarne plavo-zelene linije koje se radijalno šire od centra.

Njutnovi prstenovi Interferencija talasa

LITERATURA - DIFRAKCIJA http: //www. vreme. com/cms/view. php? id=410272 http: //sr. wikipedia. org/srel/%D 0%94%D 0%B 8%D 1%84%D 1%80%D 0%B 0% D 0%BA%D 1%86%D 0%B 8%D 1%98%D 0%B 0 http: //www. uzdevumi. lv/Exercise. Run/Run. Exercise? exercise. Id=bd 9 b 97 c 5 -7468 -4484 -a 13 c 45 c 0 fbb 9 e 226&parent. Type=Virtual. School&parent. Id =1076 http: //fizikica. wordpress. com/category/fizikaii/dvojna-priroda-svetlosti/svetlost-kaotalas/interferencija/

LITERATURA - INTERFERENCIJA http: //fizikica. wordpress. com/category/fizikaii/dvojna-priroda-svetlosti/svetlost-kaotalas/interferencija/ http: //sr. wikipedia. org/srel/%D 0%98%D 0%BD%D 1%82%D 0%B 5%D 1%80 %D 1%84%D 0%B 5%D 1%80%D 0%B 5%D 0%BD%D 1%86%D 0%B 8%D 1%98%D 0%B 0

KRAJ