Školní experimentální systém ISES

Internetové Školní Experimentální Studio

E44 - Ohyb na štěrbině

Cíl

Ukázat průběh intenzity světla v ohybovém obrazci vzniklém na dlouhé úzké štěrbině.

Pomůcky

  • 2 moduly voltmetr
  • fotometr z modulu optická závora
  • XY zapisovač
  • koherentní zdroj monochromatického světla (nejlépe školní laser)
  • clonka se štěrbinou
  • optická lavice

Provedení

V programu nastavíme celkový čas měření asi 5 s a vzorkovací frekvenci 200 Hz. Oživíme kanál A, ke kterému připojíme přes konektor optické čidlo a výstupní kanál E, na kterém nastavíme lineárně rostoucí napětí - tedy pilu s těmito parametry: U1 = -5 V, U2 = +5 V. Výstup kanálu E spojíme se vstupem XY zapisovače. Protože fotometrem snímaný signál je poměrně slabý, doporučujeme dále do kanálu B a C zapojit dva voltmetry, nastavené na rozsah 1 V a 0.1 V s nulou dole. Tyto voltmetry budou fungovat jako zesilovače. Propojíme-li je se svorkami kanálů B a C, docílíme v kanále B pětinásobného zesílení a v kanále C 50-ti násobného (pro výše uvedené rozsahy).
Zobrazení ponecháme buď standardní - tedy časovou závislost nebo lépe - závislost A, B a C na výstupním kanálu E. Kalibrační hodnoty kanálu E přepíšeme podle konkrétní situce a zapisovače (tedy například ±p/4 nebo ±10 cm).
Na optickou lavici upevníme laser a clonu se štěrbinou nastavitelné šíře. Vše umístíme proti zdi či jinému stínítku. Zapneme laser, zkontrolujeme nastavení štěrbiny a do směru, kde se na stínítku vytváří interferenční obrazec umístíme zapisovač. Do držátka na pisátko upevníme optické čidlo a nastavíme je tak, aby aktivní část čidla při svém pohybu projížděla maximem a vedlejšími extrémy pokud možno symetricky.

Vysvětlení

Jedná se o Fraunhoferův ohybový jev s monochromatickým světlem. Vyznačuje se širokým světlým pruhem uprostřed (jeho šířka je nepřímo úměrná šířce stěrbiny) a střídavými tmavými a světlými pruhy po stranách rychle ubývající intenzity a klesající šířky.
Ohybový jev s monochromatickým světlem vlnové délky l na štěrbině šířky b je popsán vztahem
I = (I0 sin2 m) / m2, kde m = (k b sin F) /2
k je vlnové číslo, F značí odklon paprsku od osy štěrbiny.
I0 má význam intenzity v přímém směru (F = 0),- tj ve středu ohybového obrazce
(lim sin m/m = 1, m → 1)
Minima intenzity jsou nulová. Platí pro ně:
sin m = 0, pro F ą 0, tedy sin F = N l , kde N = ±1, ±2, ...
Šířka středního světlého pásu je DF je určena v podstatě vzdáleností minim prvního řádu. Při malých úhlech F platí přibližně D F = 2l/b.

Stažení naměřeného experimentu:

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014