วันพุธที่ 30 มกราคม พ.ศ. 2556

คลื่นของแสง

คลื่นของแสง
เมื่อเราขว้างก้อนหินไปยังสระน้ำที่สงบนิ่ง พื้นผิวน้ำจะกระจายคลื่นแผ่ออก คลื่นแสงก็เช่นเดียวกันเมื่อเกิดแสงขึ้นมันจะเคลื่อนที่ออกไปด้วยอัตราเร็ว ในบทนี้เราจะศึกษาสมบัติคลื่นของแสง

ได้แก่ การเลี้ยวเบน การแทรกสอด และโพลาไรเซชัน

ทฤษฏีของฮอยเกน (Huygen’s Principle)
ฮอยเกนกล่าวว่าทุกจุดบนหน้าคลื่นเกิดจากคลื่นเล็กๆรวมกัน จากภาพจะเห็นได้ว่าเมื่อแต่ละจุดบนหน้าคลื่นAA’ เป็นต้นกำเนิดของหน้าคลื่นใหม่ในเวลาอันสั้นทุกคลื่นนั้นจะรวมกันได้หน้าคลื่นใหม่คือ BB’

ทุกจุดบนหน้าคลื่นสามารถเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ได้

การเลี้ยวเบน (Diffraction)
การเลี้ยวเบนของแสงเกิดจากการที่แสงเคลื่อนที่ผ่านช่องแคบแล้วเลี้ยวเบนไปจากแนวเดิม

 a. แสงผ่านหน้าต่างกว้างไม่มีการเลี้ยวเบน b. แสงผ่านช่องแคบ (สลิต) มีการเลี้ยวเบน

เมื่อแสงผ่านช่องที่กว้างมากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นแสง จะเห็นเงาที่คมชัดที่ฉาก แต่ถ้าแสงผ่านช่องแคบ(สลิดเดี่ยว) เราจะเห็นแสงเลี้ยวเบนทำให้เกิดเงามัวที่ฉาก กราฟของความเข้มแสงที่เกิดขึ้นบนฉากมีการลดลงของความเข้มแสงด้านข้างมากกว่าการเปลี่ยนความเข้มแสงมืดกับสว่างเนื่องจากอิทธิพลของการเลี้ยวเบน
การเลี้ยวเบนของแสงผ่านช่องแคบทำให้เกิดริ้วมืดที่ค่อยๆมัวออกด้านข้าง การเลี้ยวเบนขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นเทียบกับช่องแคบ ถ้าความกว้างของช่องแคบมีขนาดเท่าๆกับความยาวคลื่นแสงจะมีการเลี้ยวเบนของแสงมาก
คลื่นวิทยุ AM มีความยาวคลื่น 180 ถึง 550 m มันจึงเลี้ยวเบนน้อยมากสามารเคลื่อนผ่านตึกต่างๆได้ดี แต่ในทางตรงข้ามคลื่นวิทยุ FM มีความยาวคลื่น 2.8 ถึง 3.4 m มีความยาวคลื่นน้อยกว่าขนาดของตึก จึงเคลื่อนที่ผ่านตึกได้ไม่ดี ผลก็คือทำให้คลื่น AM สามารถคลื่นที่ได้ได้ไกลกว่าคลื่น FM

 คลื่นที่มีความยาวคลื่นมากเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางได้ดี เสียพลังงานระหว่างการเดินทางน้อย

การแทรกสอดของแสง (Interference of Light)
 ภาพริ้วการแทรกสอด ถ่ายโดยนักฟิสิกส์ ชัค แมนก้า

ถ่ายภาพริ้วการแทรกสอดโดยวางแผ่นฟิล์มไว้ด้านหลังนอตแล้วฉายแสงเลเซอร์ให้เกิดภาพเงาของนอตนั้น ริ้วที่เกิดกับภาพทั้งสองนั้นเกิดจากการแทรกสอดของแสง ซึ่งเกิดจากการรวมคลื่นแสงแบบเสริมและแบบหักล้าง การรวมคลื่นแบบเสริมทำให้ได้คลื่นที่มีความสูงของคลื่นเพิ่มขึ้นแต่มีความถี่เท่าเดิม แต่ถ้าคลื่นมีเฟตต่างกันครึ่ง เรียกว่าเฟตตรงกันข้ามคลื่นนั้นจะหักล้างกันคลื่นที่ได้จะหักล้างกันหมด



a. การรวมคลื่นแบบเสริม b. การรวมคลื่นแบบหักล้าง

 การแทรกสอดของคลื่นน้ำ

ในปี 1801 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อโทมัส ยัง สาธิตการแทรกสอดของแสง ยังค้นพบว่าเมื่อแสงผ่านช่องแคบซึ่งอยู่ติดกันจะเกิดแถบมืดและแถบสว่างขึ้นที่ฉาก แถบสว่างเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสริมกันแถบมืดเกิดขึ้นเมื่อคลื่นหักล้างกัน

การรวมกันของคลื่นแสงแบบเสริมที่ฉากได้แสงสว่าง
และการรวมกันของคลื่นแสงแบบหักล้างที่ฉากได้มืด

การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่

จากรูปด้านบนแสดงผลจากการแทรกสอดของแสง แถบสว่างกลางเกิดจากการรวมคลื่นจากสลิตทั้งสองมีเฟตตรงกันแล้วรวมกันแบบเสริม แถบมืดแถบแรกซึ่งขนาบแถบสว่างกลางมี เฟตต่างกันครึ่ง และแถบมืดต่อๆไปมีเฟตต่างกันเป็นครึ่งหนึ่งของเลขคี่ได้แก่

 แผนภาพแสดงตัวแปรของการทดลองแทรกสอดในห้องปฏิบัติการ
ในห้องปฏิบัติการเราใช้สมการ

เมื่อ คือความยาวคลื่นแสง d คือระยะห่างระหว่างสลิต
และ คือมุมระหว่างแถบกลางและแถบสว่างแถบแรก
จากภาพค่า คืออัตราส่วนระหว่างความยาว y ต่อ D
นอกจากการแทรกสอดด้วยสลิตคู่แล้วเรายังสามารถทำให้คลื่นแทรกสอดผ่านช่องที่มากกว่า 2 ช่องได้ เราเรียกว่าเกรตติง ซึ่งสามารถแยกแสงขาวออกเป็นเจ็ดสีได้เหมือนกับปริซึม
เรายังเห็นสีสันที่สวยงามซึ่งเกิดจากการแทรกสอดของแสงผ่านขนนกบางชนิด ปีกผีเสื้อ หางนกยูง และสีสันสวยงามบนแผ่นซีดี
ที่มา
วันที่ 31 มกราคม 2556

5 ความคิดเห็น: