Giao thoa – Wikipedia tiếng Việt

Hiện tượng giao thoa của những sóng đến từ hai điểm

Giao thoa là một khái niệm trong vật lý chỉ sự chồng chập của hai hoặc nhiều sóng mà tạo ra một hình ảnh sóng mới[1]. Giao thoa là đặc tính tiêu biểu của tính chất sóng. Giao thoa thông thường liên quan đến sự tương tác giữa các sóng mà có sự tương quan hoặc kết hợp với nhau có thể là do chúng cùng được tạo ra từ một nguồn hoặc do chúng có cùng tần số hoặc tần số rất gần nhau.

Lý thuyết giao thoa[sửa|sửa mã nguồn]

Sự giao thoa của những sóng trên thực ra tuân theo nguyên tắc chồng chập sóng mà ở đây chính là sự cộng gộp của những giao động. Tại mỗi điểm trong khoảng trống nơi có sự gặp nhau của những sóng, giao động của thiên nhiên và môi trường sẽ chính là xê dịch tổng hợp của những giao động thành phần từ những sóng tới riêng không liên quan gì đến nhau, mà nói theo ngôn từ của vật lý sóng sẽ là tổng của những véctơ sóng. Nhờ sự tổng số xê dịch này mà trong khoảng trống hoàn toàn có thể tạo ra những điểm có giao động được tăng cường ( khi những sóng thành phần đồng pha ) hoặc bị dập tắt ( khi những sóng thành phần có pha ngược nhau ) tùy thuộc vào đối sánh tương quan pha giữa những sóng. Điều này tạo ra một hình ảnh giao thoa ( interference pattern ) khác với hình ảnh của từng sóng thành phần, được tạo ra bởi chính tập hợp những điểm có sự giao thoa tăng cường hoặc dập tắt. Hình ảnh này sẽ là một hình ảnh không thay đổi khi những sóng thành phần là những sóng phối hợp. Trong trường hợp những sóng tích hợp, hình ảnh giao thoa là không thay đổi và phụ thuộc vào vào độ lệch pha giữa những sóng ( phụ thuộc vào vào sự độc lạ về đường truyền cũng như đặc thù môi trường tự nhiên truyền sóng ) – được miêu tả bởi nguyên tắc Huyghens [ 2 ] .

Hình ảnh giao thoa[sửa|sửa mã nguồn]

Mô hình giao thoa hệ 2 khe trong thí nghiệm Young và hình ảnh giao thoa thu được.

Các hình ảnh thực nghiệm về sự giao thoa của sóng lần tiên phong được ghi lại trong thí nghiệm của nhà vật lý người Anh Thomas Young ( 1773 – 1829 ) được triển khai vào năm 1803 [ 3 ] trong đó hình ảnh giao thoa của sóng ánh sáng được tạo bằng cách cho ánh sáng đi qua hai khe hẹp và tạo ra những vân sáng, tối xen kẽ. Thí nghiệm này cũng là vật chứng khẳng định chắc chắn đặc thù sóng của ánh sáng. Thí nghiệm này đã được lan rộng ra cho chùm sóng điện tử và cũng thu được những hiệu quả tựa như và trở thành dẫn chứng để khẳng định chắc chắn đặc thù sóng của những vi hạt .

Hình ảnh giao thoa ánh sáng với hệ hai khe[sửa|sửa mã nguồn]

Đây là hình ảnh ghi nhận được trong thí nghiệm của Young. Hình ảnh giao thoa thu dược trên màn ảnh đặt song song và sau hai khe hẹp sát gần nhau. Ảnh giao thoa thu được là những vân sáng tối xen kẽ song song nhau. Các vạch sáng tương ứng với cực lớn giao thoa ( hai sóng tăng cường ) là nơi thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo :

d sin ⁡ θ n = n λ { \ displaystyle \ ! d \ sin \ theta _ { n } = n \ lambda }{\displaystyle \!d\sin \theta _{n}=n\lambda }

Còn những vân tối là nơi mà 2 sóng dập tắt lẫn nhau và phải thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo :

d sin ⁡ θ n = ( n + 1 2 ) λ { \ displaystyle \ ! d \ sin \ theta _ { n } = \ left ( n + { \ frac { 1 } { 2 } } \ right ) \ lambda }{\displaystyle \!d\sin \theta _{n}=\left(n+{\frac {1}{2}}\right)\lambda }

Sơ đồ sắp xếp thí nghiệm tạo hệ vân Newton .

Nếu tính theo điều kiện xấp xỉ góc nhỏ thì điều kiện của vân sáng sẽ là:

n λ d = x L ⇔ n λ = x d L, { \ displaystyle { \ frac { n \ lambda } { d } } = { \ frac { x } { L } } \ quad \ Leftrightarrow \ quad { n } { \ lambda } = { \ frac { xd } { L } } \ ;, }{\displaystyle {\frac {n\lambda }{d}}={\frac {x}{L}}\quad \Leftrightarrow \quad {n}{\lambda }={\frac {xd}{L}}\;,}

Ở đây : Hình ảnh vân giao thoa Newton tạo ra khi đặt một thấu kính lồi trên một mặt phẳng, cho ánh sáng truyền qua .

λ là bước sóng ánh sáng,
d khoảng cách giữa hai khe,
n bậc giao thoa (n = 0 khi ở vân sáng trung tâm),
x khoảng cách từ vị trí vân sáng đến vân trung tâm,
L khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát,
θn tọa độ góc của điểm khảo sát.

Hệ vân Newton[sửa|sửa mã nguồn]

Là hình ảnh giao thoa thu được khi ánh sáng bị phản xạ trong môi trường tự nhiên bị số lượng giới hạn bởi một mặt phẳng và một mặt cầu [ 4 ]. Hình ảnh giao thoa thu được sẽ là những vân tròn đồng tâm. Bán kính của hệ vân lúc này xác lập theo công thức :

r N = [ ( N − 1 2 ) λ R ] 1 / 2, { \ displaystyle r_ { N } = \ left [ \ left ( N – { 1 \ over 2 } \ right ) \ lambda R \ right ] ^ { 1/2 }, }{\displaystyle r_{N}=\left[\left(N-{1 \over 2}\right)\lambda R\right]^{1/2},}

Với: N là bậc giao thoa, R bán kính mặt cong, và λ là bước sóng ánh sáng.

Giao thoa lượng tử tổng quát là sự kết hợp của các hạt cấu trúc trong quá trình giao thoa tạo nên các bước sóng đặc biệt.

Nguồn phối hợp, sóng phối hợp[sửa|sửa mã nguồn]

  • Nguồn kết hợp: Hai nguồn được gọi là nguồn kết hợp khi chúng có cùng phương, cùng tần số, cùng pha hoặc độ lệch pha không đổi theo thời gian.
  • Người ta thường kí hiệu 2 nguồn kết hợp là A và B hoặc S1 và S2.  Trong bài này, có khi Ad. dùng AB, đôi khi lại dùng S1S2.
  • Sóng kết hợp: Hai sóng kết hợp là hai sóng xuất phát ra từ nguồn kết hợp.
  1. ^ Physics for Scientists and Engineers, Brooks/Cole. Serway, Raymond A. ; Jewett, John W. ( 2003 ), , Brooks / Cole. ISBN 0-534 – 40842 – 7
  2. ^

    Longhurst RS, Geometrical and Physical Optics, 2nd Edition, 1968, Longmans [London]

  3. ^

    Thomas Young, Experimental Demonstration of the General Law of the Interference of Light, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol 94 (1804)

  4. ^ Formation of Newton’s rings.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

ĐÁNH GIÁ post
Bài viết liên quan

Tư vấn miễn phí (24/7) 094 179 2255