IŞIĞIN GİRİŞİMİ Amaçlar Araçlar

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "IŞIĞIN GİRİŞİMİ Amaçlar Araçlar"

Nazar Koçyiğit
5 yıl önce
İzleme sayısı:

1 IŞIĞIN GİRİŞİMİ Amaçlar 1. Michelson girişimölçeri ile ışığın girişim deseninin incelenmesi Araçlar Helyum-neon lazeri Iraksak mercek Aynalar Perde

2 İlerleyen dalga Yayılma ortamlarına göre dalgalar Yayılma ve titreşim doğrultularına göre dalgalar Elektromanyetik spektrum Girişim Yapıcı ve yıkıcı girişim Üst üste binme (süperpozisyon) ilkesi Faz uyumluluğu Lazerin çalışma prensibi Çift yarıkta girişim (Young deneyi) Michelson girişim ölçerinin çalışma prensibi

İlerleyen Dalgalar Madde içinde ve/veya boşlukta

dalgalar (örneğin, kristal örgü titreşimleri, ses

3 İlerleyen Dalgalar Madde içinde ve/veya boşlukta yayılabilen titreşimlere dalga denir. Dalgalar yayılma ortamlarına göre ikiye ayrılır : 1. Mekanik Dalgalar Sadece madde içinde yayılan dalgalar (örneğin, kristal örgü titreşimleri, ses dalgaları, deprem dalgaları, su dalgaları ) mekanik dalga olarak tanımlanır.

4 2. Elektromanyetik Dalgalar İlerleyen Dalgalar Yayılmak için ortama ihtiyaç duymayan dalgalar elektromanyetik dalga olarak tanımlanır. Radyo dalgaları, kızıl ötesi, görünür bölge, mor ötesi, X-ışınları, gama ışınları elektromanyetik dalgalara verilebilecek örneklerdir. Elektromanyetik Dalgalar aynı düzlem içinde birbirine dik elektrik ve manyetik alanların titreşimlerinden oluşur. Dalganın yayılma doğrultusu bu düzleme her zaman diktir. Matematiksel olarak ExB vektör çarpımından çıkan vektörün yönü dalganın yayılma yönüdür. Elektromanyetik dalgalar, boşlukta ışık hızı (c) ile ilerler. Maddesel bir ortamda ise yayılma hızı, n ortamın kırma indisi olmak üzere, v = c/n dir.

denir. Gergin ip üzerinde yayılan dalgalar enine dalgalardır. 2.

6 İlerleyen Dalgalar Dalgalar yayılma ve titreşim doğrultularına göre ikiye ayrılır: 1. Enine Dalgalar Dalganın yayıldığı ortamın parçacıklarının hareketi dalganın ilerleme yönüne dik ise bu tür dalgalara enine dalgalar denir. Gergin ip üzerinde yayılan dalgalar enine dalgalardır. 2. Boyuna Dalgalar Dalganın yayıldığı ortamın parçacıklarının hareketi dalganın ilerleme yönüne paralel ise bu tür dalgalara boyuna dalgalar denir. Havada yayılan ses dalgaları boyuna dalgalardır. Katı cisimlerde hem boyuna dalga hem de enine dalga yayılabilir.

Dalga cephesi Dalga olarak tarif edilen bir fiziksel büyüklüğün titreşim fazının aynı olduğu tüm noktaların birleştirilmesiyle oluşan yüzeylere dalga cepheleri adı verilir.

7 Dalga cephesi Dalga olarak tarif edilen bir fiziksel büyüklüğün titreşim fazının aynı olduğu tüm noktaların birleştirilmesiyle oluşan yüzeylere dalga cepheleri adı verilir. Bir faz için, kendini tekrarlayan dalga cepheleri arasındaki uzaklık dalganın dalga boyuna eşit olur. Eğer ortam homojen ve izotropik ise, dalganın yayılma yönü daima dalga cephesine diktir. Dalganın yayılma yönünü gösteren ve dalga cephelerine dik olan çizgilere ise ışın adı verilir.

Girişim Girişim: İki veya daha fazla dalganın uzayda aynı noktada birleştiği her durum için geçerlidir. Böyle bir durum üst üste binme (süperpozisyon) ilkesiyle belirlenir.

8 Girişim Girişim: İki veya daha fazla dalganın uzayda aynı noktada birleştiği her durum için geçerlidir. Böyle bir durum üst üste binme (süperpozisyon) ilkesiyle belirlenir. Üst üste binme (Süperpozisyon) İlkesi: İki veya daha fazla dalga uzayda bir araya gelirse, herhangi bir anda herhangi bir noktada oluşan yer değiştirme, her bir dalganın o anda o noktadaki yer değiştirmelerin toplanmasıyla bulunur. Yer değiştirme: Yer değiştirme sözcüğü genel anlamıyla kullanılmıştır. Bir sıvı yüzeyindeki dalgalar için bu terim, sıvının normal yüksekliğinden aşağıda veya yukarıda olmasına karşılık gelir; ses dalgalarında basınç farkına işaret eder; elektromanyetik dalgalarda ise elektrik veya manyetik alanlardaki değişmeye karşılık gelir.

9 Faz uyumluluğu Faz uyumluluğu (coherent): Aynı frekansa ve belirli (sabit) bir faz ilişkisine sahip (aynı fazda olmak zorunda değil) tek renkli iki ışık kaynağı, faz uyumlu olarak tanımlanır. Böyle iki kaynaktan yayılan dalgalara faz uyumlu dalgalar denir. 1. Yerel (uzaysal) uyumluluk: Dalganın yayılma doğrultusuna dik noktaları arasındaki faz uyumluluğudur. Yerel uyumluluk bir dalga cephesi üzerindeki noktaların fazının ne kadar uyumlu olduğunun bir ölçüsüdür. 2. Zaman uyumluluğu: Dalganın yayılma doğrultusu boyunca ayrılmış noktaları arasındaki faz uyumluluğudur. Zaman uyumluluğu bir kaynağın monokromatik olup olmadığının bir ölçüsüdür.

10 Faz uyumluluğu Yerel ve zaman uyumsuz dalgalar Yerel uyumlu, zaman uyumsuz dalgalar Yerel uyumsuz, zaman uyumlu dalgalar Yerel ve zaman uyumlu dalgalar

11 Faz uyumluluğu

12 L: Light A: Amplification (by) S: Stimulated E: Emission (of) R: Radiation LAZER LAZER: Işığın (şiddetinin) uyarılmış ışıma yoluyla yükseltilmesi 1. Lazer ışığı eş fazlıdır, yani bütün dalgalar birbiriyle tam faz uyumludur. 2. Lazer ışığı hemen hemen tek renklidir. 3. Bir lazer hüzmesinde ıraksama hemen hemen hiç yoktur. 4. Lazer hüzmesi çok şiddetlidir. Bazı lazer demetlerinde bulunan eşit bir enerji yoğunluğu elde etmek için, sıcak bir cisim K de olmalıdır.

Yapıcı girişim Yapıcı girişim: İki kaynaktan çıkan dalgalar bir noktaya aynı fazda geldikleri zaman oluşan dalganın genliği, her bir dalganın genliklerinin toplamına eşittir; dalgalar birbirlerini

13 Yapıcı girişim Yapıcı girişim: İki kaynaktan çıkan dalgalar bir noktaya aynı fazda geldikleri zaman oluşan dalganın genliği, her bir dalganın genliklerinin toplamına eşittir; dalgalar birbirlerini güçlendirirler. Bu duruma yapıcı girişim denir. S1 den perde üzerindeki P noktasına uzaklık olan r1, S2 den perde üzerindeki P noktasına olan uzaklık r2 olsun: P noktasında yapıcı girişim olması için, iki kaynaktan gelen dalgalar arasındaki yol farkının dalgaboyunun tamsayı katlarına eşit olması gerekir. r 2 r 1 = mλ ; m = 0, 1, 2,..

Yıkıcı girişim Yıkıcı girişim: İki kaynaktan çıkan dalgalar bir noktaya zıt fazda geldikleri zaman, bir dalganın tepesi ile diğerinin çukuru aynı anda bu noktaya ulaşır.

14 Yıkıcı girişim Yıkıcı girişim: İki kaynaktan çıkan dalgalar bir noktaya zıt fazda geldikleri zaman, bir dalganın tepesi ile diğerinin çukuru aynı anda bu noktaya ulaşır. Genlikler eşit ise toplam genlik sıfır olur. Tek tek dalgaların tamamen veya kısmen söndürülme olayına yıkıcı girişim denir. P noktasında yıkıcı girişim olması için, iki kaynaktan gelen dalgalar arasındaki yol farkının dalgaboyunun yarım katlarına eşit olması gerekir. r 2 r 1 = m λ ; m = 0, 1, 2,..

15 Çift yarıkta girişim (Young deneyi) Işığın dalga karakterde olduğu, Thomas Young (1802) tarafından yapılan bir çift yarık deneyi ile ispatlanmıştır.

16 Çift yarıkta girişim (Young deneyi) r 2 r 1 = dsinθ = mλ ; m = 0, ±1, ±2,.. (çift yarık için yapıcı girişim koşulu) r 2 r 1 = dsinθ = m λ ; m = 0, ±1, ±2,.. (çift yarık için yıkıcı girişim koşulu)

17 E 1 t = E 0 sin(wt) Çift yarık girişim deseninde şiddet E 2 t = E 0 sin(wt + ) Girişim koşullarını yol farkı yerine faz farkı cinsinden de yazabiliriz. 2π kadarlık bir faz farkı, bir dalgaboyu (λ) kadarlık yol farkı anlamına gelir. Oran orantı yardımıyla iki dalga arasındaki faz farkı belirlenebilir: = 2πd sin θ λ E p t = E 1 t + E 2 t = E 0 sin(wt) + sin(wt + ) sin A + sin B = 2 sin A + B 2 cos A B 2 E p t = 2E 0 cos 2 sin wt + 2 I p I 0 = E p E 0 2 = 4E 0 2 cos 2 E I p = 4I 0 cos 2 2

18 Çift yarık girişim deseninde şiddet

19 Deney düzeneği Girişim ilkesini kullanan önemli bir deneysel cihaz Michelson girişimölçeridir. Michelson girişimölçeri ışığın dalgaboyunu ve çok küçük mesafeleri (örneğin bir sinir sinyali iletilirken aksonlarda oluşan kalınlık değişimlerini) yüksek hassasiyette ölçmek için kullanılmaya başlanmıştır. Young ın çift yarık deneyinde olduğu gibi Michelson girişimölçerleri de tekrenk bir ışığı, farklı yollar izleyen iki parçaya ayırır. Young ın deneyinde bu ayırım ışığın bir kısmının bir yarık, diğer kısmının da başka bir yarıktan geçirilmesiyle gerçekleştirilir; Michelson girişimölçeri ise ayırım için demet bölücü denen bir alet kullanır. Her iki deneyde de iki ışık dalgası birleşince girişim oluşur.

20 Deney düzeneği

21 Deney düzeneği

22 Deneyde kullanılacak eşitliğin türetilmesi ΔL = 2d cos θ = nλ n = 0, 1, 2,. (yapıcı girişim koşulu) tan θ = r n L Küçük açılarda tan θ sin θ θ olduğundan, cos θ = cos r n L = r n L ! r n L 4 1 6! r n L 6 + 2d cos θ = nλ 2d r n L 2 = nλ

23 Deneyde kullanılacak eşitliğin türetilmesi 2d r n L 2 = nλ 2d r n+1 L 2 = (n + 1)λ λ = d L 2 (r n 2 r n+1 2 )

24 Veriler Merkezden itibaren karanlık saçakları kağıt üzerine işaretleyiniz ve halkaların yarıçaplarını (r) ölçerek verilerinizi tabloya kaydediniz. n r (cm) r 2 (cm 2 ) Şekil üzerinde belirtilen a, b, c, f, e uzunluklarını ölçünüz ve kaydediniz. a = b = c = e = f =

25 d = c f L 1 = 2c + e L 2 = L = 2f + e Verilerin çözümlenmesi Δr 2 ort = r 1 2 r (r 2 2 r 3 2 ) + (r 3 2 r 4 2 ) + (r 4 2 r 5 2 ) + (r 5 2 r 6 2 ) + (r 6 2 r 7 2 ) 6 λ deneysel = d L 2 r n 2 r n+1 2 = d(δr2 ) ort L 2 λ bilinen = 632,3 nm

Benzer belgeler

FİZ209A OPTİK LABORATUVARI DENEY KILAVUZU

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ ORTAÖĞRETİM FEN VE MATEMATİK ALANLARI EĞİTİMİ BÖLÜMÜ FİZİK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI FİZ209A OPTİK LABORATUVARI DENEY KILAVUZU TÇ 2007 & ҰǓ 2012 Öğrencinin Adı