Hiện tượng giao thoa ánh sáng & ứng dụng của nó trong cuộc sống

Bạn có tò mò về ánh sáng tối đan xen trên màn hình khi ánh sáng chiếu qua khe hẹp? Hiện tượng thú vị này được gọi là nhiễu ánh sáng, một minh chứng sống động cho các tính chất sóng của ánh sáng. Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá thế giới vật lý hấp dẫn này với định nghĩa, nguyên tắc hoạt động, minh họa và ứng dụng thực tế của nhiễu ánh sáng. Khám phá ngay bây giờ!

Sự can thiệp ánh sáng là gì?

Hiện tượng nhiễu ánh sáng là một hiện tượng vật lý trong đó ánh sáng từ hai hoặc nhiều nguồn kết hợp và tương tác với nhau, tạo ra các dải sáng và tối trên bề mặt quan sát. Điều này xuất hiện khi sóng ánh sáng từ các nguồn khác nhau trùng khớp và gặp nhau tại một điểm nhất định trong không gian.

Định nghĩa về nhiễu ánh sáng bằng thí nghiệm trẻ

Thí nghiệm trẻ là một trong những phương pháp quan trọng để chứng minh hiện tượng chiếu sáng. Năm 1801, nhà khoa học người Anh Thomas Young đã thực hiện thí nghiệm này để chứng minh tính chất sóng của ánh sáng.

Trong thí nghiệm trẻ, ánh sáng từ một nguồn được chia thành hai tia sáng với một khe hẹp. Hai tia sáng này sau đó truyền và tương tác với nhau. Khi họ gặp nhau trên màn hình quan sát, họ tạo ra các khu vực sáng và tối xen kẽ, được gọi là phạm vi nhiễu. Điều này cung cấp bằng chứng rõ ràng về các tính chất sóng của ánh sáng và mô tả sự kết hợp của sóng ánh sáng và tương tác để tạo ra các mô hình sáng và tối trên bề mặt.

Hiện tượng nhiễu ánh sáng chứng minh rằng ánh sáng không chỉ là một hạt, mà còn là bản chất sóng, và có thể tương tác và tạo ra các hiện tượng phức tạp khi gặp nhau.

Điều kiện để can thiệp ánh sáng

Đối với nhiễu ánh sáng, cần phải đảm bảo một số điều kiện quan trọng, bao gồm:

1. Nguồn ánh sáng kết hợp: Nguồn ánh sáng phải phát ra sóng ánh sáng có cùng tần số và trộn lẫn với nhau. Điều này có nghĩa là các điểm trên bề mặt nguồn ánh sáng phải đồng đều trong pha của sóng ánh sáng.

2. Khe hẹp hoặc khe kép: Ánh sáng từ nguồn này phải được truyền qua khe hẹp hoặc khe kép để tạo môi trường tương tác giữa sóng ánh sáng.

3. Quan sát: Cần có một màn hình quan sát để ghi lại và quan sát các dải ánh sáng và tối được tạo ra từ hiện tượng nhiễu. Màn hình quan sát thường là một bề mặt phẳng và tâng bốc để dễ dàng quan sát.

4. Điều kiện nuốt nhỏ: Kích thước của khe hẹp hoặc khoảng cách giữa các khe cũng rất quan trọng. Các điều kiện nuốt nhỏ (kích thước của khe so với bước sóng của ánh sáng) nên được duy trì để có nhiễu rõ ràng.

5. Tính đồng nhất và mặt phẳng của sóng ánh sáng: Đối với hiện tượng nhiễu, sóng ánh sáng từ các nguồn phải đồng đều và bề mặt sóng phải phẳng. Điều này đảm bảo rằng các sóng tương tác đồng đều khi gặp nhau.

Khi tất cả các điều kiện trên được đáp ứng, hiện tượng nhiễu ánh sáng sẽ xảy ra và tạo ra các mô hình tối trên màn hình quan sát, như được mô tả bởi thí nghiệm trẻ.

Các khái niệm quan trọng trong nhiễu ánh sáng

Các khái niệm quan trọng trong hiện tượng chiếu sáng bạn cần để nắm bắt, bao gồm:

• Khu vực nhiễu: Khu vực nhiễu là khu vực không gian mà hai dầm ánh sáng gặp nhau và giao nhau với nhau. Khu vực nhiễu có thể được quan sát trên màn hình hoặc bằng mắt thường.

• Mẫu sáng: Các mẫu sáng là các dải sáng xen kẽ với các tĩnh mạch tối trên hàng rào trong khu vực nhiễu. Mô hình sáng được tạo thành khi hai chùm sáng kết hợp, có nghĩa là hai sóng ánh sáng có cùng pha dao động tại thời điểm đó.

• Xem thêm : Thì quá khứ hoàn thành (past perfect): Lý thuyết và bài tập áp dụng

  Mẫu tối: Các tĩnh mạch tối là các dải tối xen kẽ với các mẫu sáng trên màn hình trong khu vực nhiễu. Mô hình tối được hình thành khi hai chùm sáng được loại bỏ, có nghĩa là hai sóng ánh sáng có sự dao động đối diện vào thời điểm đó.

• Về tĩnh mạch: Mẫu là khoảng cách giữa hai mẫu ánh sáng liên tiếp hoặc hai tĩnh mạch tối liên tiếp.

Cách định vị mô hình ánh sáng, mô hình tối trong hiện tượng nhiễu ánh sáng

Trong thí nghiệm trẻ, đặt:

• A: Khoảng cách giữa các nguồn S1 và S2

• D: Khoảng cách từ hai nguồn S1S2 đến màn hình quan sát

• X: Vị trí của một mô hình sáng (tối) mà chúng ta quan sát

• D1: Khoảng cách từ S1 đến M

• D2: Khoảng cách từ S2 đến M

Sau đó:

Nếu ở M là mẫu sáng với k là mẫu ánh sáng k, k ∈ (0; ± 1; ± 2; ± 3; …) thì::

Nếu ở M là mẫu tối với k là mẫu tối K+1, k ∈ (0; ± 1; ± 2; ± 3; …) thì::

Vị trí mô hình ánh sáng

Các vị trí mẫu ánh sáng có thể được tính bằng công thức sau:

Trong đó, k = 0 là vị trí mẫu ánh sáng trung tâm.

Vị trí mô hình tối

Xác định các mẫu tối có thể được tính bằng công thức sau:

Trong đó, k = 0 hoặc số nguyên. Cụ thể:

Mẫu

Chúng ta biết, mẫu (khoảng cách giữa hai mẫu ánh sáng liên tiếp hoặc hai mẫu liên tiếp) được tượng trưng là I.

Với công thức tính toán tĩnh mạch, như sau:

Hiện tượng nhiễu ánh sáng trắng & ánh sáng đơn sắc

Hiện tượng nhiễu ánh sáng trắng là một hiện tượng xảy ra khi hai chùm ánh sáng trắng kết hợp với nhau, chồng lên nhau để tạo ra những con đường nhẹ xen kẽ trên màn hình. Tuy nhiên, vì ánh sáng trắng là một tập hợp nhiều ánh sáng đơn sắc với các bước sóng khác nhau, các vệt ánh sáng tối này không đồng đều nhưng có dải màu.

Chúng ta cần biết rằng hiện tượng nhiễu ánh sáng trắng và hiện tượng nhiễu ánh sáng đơn sắc là hiện tượng xảy ra khi hai chùm ánh sáng kết hợp với nhau, chồng chéo để tạo ra những nơi chúng tăng cường (hoa văn tối). Cả hai đều được giải thích dựa trên nguyên tắc sóng của ánh sáng.

Tuy nhiên, họ cũng có một số đặc điểm khác nhau để giúp bạn dễ dàng phân biệt như:

Áp dụng nhiễu ánh sáng trong thực tế

Trong cuộc sống hiện đại, hiện tượng nhiễu ánh sáng được áp dụng cho:

• Máy quang phổ: Được sử dụng để xác định thành phần hóa học của vật chất bằng cách đo bước sóng của các đường phổ.

• Đồng hồ đo khoảng cách: Được sử dụng để đo khoảng cách từ máy bay xuống đất hoặc từ thuyền đến bờ biển dựa trên nguyên tắc nhiễu của sóng radar.

• Kiểm tra gương: Sử dụng hiện tượng nhiễu để kiểm tra độ phẳng của gương, nếu gương hoàn hảo, nó sẽ tạo ra sự can thiệp mạnh.

• Kiểm tra độ phẳng của các vật liệu khác: Được sử dụng để kiểm tra độ phẳng của các vật liệu khác như thủy tinh, kim loại, nhựa, …

• Hologram: Sử dụng hiện tượng nhiễu để ghi lại và tái tạo hình ảnh 3D.

• Máy đo chiết xuất: Được sử dụng để đo chỉ số của các môi trường khác nhau dựa trên nguyên tắc nhiễu ánh sáng.

• Công nghệ WDM (ghép kênh phân chia bước sóng): Được sử dụng để truyền nhiều tín hiệu quang học trên cùng một sợi quang bằng các bước sóng khác nhau.

Lưu ý rằng hiệu quả của các ứng dụng dựa trên độ chính xác của đo lường và kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến nhiễu. Hiện tại, các ứng dụng của nhiễu ánh sáng ngày càng phát triển và mở rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nhìn chung, nhiễu ánh sáng có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế, góp phần phát triển khoa học và công nghệ.

Nguồn: https://timhieulichsuquancaugiay.edu.vn
Danh mục: Giáo dục