Máy tính giao thoa khe Young là gì?
Công cụ này mô phỏng thí nghiệm hai khe kinh điển của Young — thí nghiệm đã chứng minh ánh sáng có bản chất sóng thông qua hiện tượng giao thoa. Khi ánh sáng kết hợp đi qua hai khe hẹp cách nhau một khoảng d, các sóng chồng chập lên nhau và tạo ra một hệ vân sáng tối trên màn đặt cách hai khe một khoảng L. Máy tính này giúp bạn xác định vị trí của bất kỳ vân sáng nào, khoảng cách giữa các vân và góc nhiễu xạ.
Cách sử dụng
Nhập bước sóng ánh sáng theo đơn vị nanômét (ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng 380–750 nm), khoảng cách giữa hai khe theo milimét, khoảng cách tới màn theo mét, và bậc của vân m (m = 0 là vân sáng trung tâm, m = 1 là vân sáng bậc nhất, và cứ thế tiếp tục). Máy tính sẽ trả về vị trí vân y tính bằng milimét, góc nhiễu xạ θ tính bằng độ, và khoảng cách giữa hai vân sáng liền kề.
Giải thích công thức
Giao thoa tăng cường (vân sáng) xảy ra khi hiệu đường đi bằng một số nguyên lần bước sóng: \(d\cdot\sin\theta = m\lambda\). Với góc nhỏ, \(\sin\theta \approx \tan\theta = y/L\), từ đó ta có công thức tiện dụng để tính vị trí vân
$$y = \frac{m\lambda L}{d}$$Khoảng cách giữa hai vân sáng liền kề là
$$\Delta y = \frac{\lambda L}{d}$$và đại lượng này không phụ thuộc vào bậc vân.
Ví dụ minh họa
Giả sử \(\lambda = 500\ \text{nm}\), \(d = 0{,}1\ \text{mm}\), \(L = 1\ \text{m}\) và \(m = 1\). Đổi đơn vị: \(\lambda = 5\times10^{-7}\ \text{m}\), \(d = 1\times10^{-4}\ \text{m}\). Khi đó
$$y = \frac{1 \times 5\times10^{-7} \times 1}{1\times10^{-4}} = 5\times10^{-3}\ \text{m} = 5\ \text{mm}$$Khoảng vân cũng bằng đúng 5 mm, và \(\sin\theta = m\lambda/d = 0{,}005\), suy ra \(\theta \approx 0{,}2865^\circ\).
Câu hỏi thường gặp
Phép gần đúng góc nhỏ có luôn đúng không? Công thức \(y = m\lambda L/d\) giả định rằng θ nhỏ (chỉ vài độ). Kết quả góc nhiễu xạ θ được tính theo hệ thức chính xác \(d\cdot\sin\theta = m\lambda\), vì vậy bạn nên so sánh cả hai kết quả khi góc lớn.
Bậc vân m là gì? Đây là số thứ tự đếm các vân sáng tính từ tâm. m = 0 là vân sáng trung tâm; giá trị m càng lớn thì vân càng nằm xa tâm.
Tại sao đổi bước sóng sang nm và d sang mm? Đó là những đơn vị tự nhiên trong phòng thí nghiệm; máy tính sẽ tự động quy đổi tất cả sang mét để đảm bảo tính nhất quán.
