คลื่นแสง

คลื่นแสง

สมบัติของแสงเชิงคลื่น(การแทรกสอดและเลี้ยวเบน)

การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ 

โธมัส ยัง (Thomas Young) ได้ทำการทดลองปรากฏการณ์แทรกสอดของแสง โดยใช้อุปกรณ์ดังแสดงในรูป

เมื่อให้แสงสีเดียวผ่านช่องแคบ S0 แล้วเลี้ยวเบนตกลงบนช่องแคบ S1 และ S2    ช่องแคบ S1 และ S2 จะทำหน้าที่เสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ ในการทดลองใช้แผ่นสลิตคู่ ( Double slits )  เมื่อคลื่นแสงทั้งสองเดินทางไปพบกันจะทำให้เกิดการแทรกสอดกัน ในลักษณะทั้งเสริมทั้งหักล้างกันบนฉาก ทำให้ปรากฏเป็นแถบมืดและแถบสว่างปรากฏบนฉาก





แถบสว่างถึงแถบสว่างที่อยู่ติดกัน หรือมืดถึงมืดที่อยู่ติดกัน   ในการแทรกสอดของแสง จะมีระยะห่างกันคงที่  เราหาระยะห่างแบบนี้ได้จาก

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว

การเลี้ยวเบนของแสงเกิดขึ้นได้ เมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์เดินทางผ่านช่องแคบที่มีขนาดเล็กใกล้เคียงกับความยาวคลื่นแสง

ทุกๆจุดบน ช่องเดี่ยว(single slit) จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงใหม่ ตามหลักของฮอยเกน แสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหม่จะเกิดการซ้อนทับกันบนฉาก ทำให้เราเห็นเป็นแถบมืดและแถบสว่าง

ระยะของแถบสว่างตรงกลางจะมีความกว้างมากที่สุด มีความสว่างมากที่สุด(เขียนรูปเปรียบเทียบจะมีค่าความเข้มแสงมากที่สุด)  จากรูปด้านล่างจะเห็นว่าจากกึ่งกลางแถบสว่างตรงกลางไปยังแถบมืดแรกถ้ากำหนดให้ห่าง X  เมื่อวัดจากสว่างกลางไปยังแถบสว่างแรกถัดจากกลาง จะมีระยะห่าง 1.5X   ดังนั้นเมื่อวัดความกว้างของแถบสว่างกลางที่กว้างที่สุด(จากมืด N1 ไปถึง N1 ทั้ง 2 ข้าง) จะมีระยะเท่ากับ 2X

การคำนวณการเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว



รูปเปรียบเทียบภาพบนฉาก จากแสงผ่านสลิตคู่ และสลิตเดี่ยว

 เกรตติ้ง

เกรตติ้ง คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบสเปคตรัมของแสงโดยอาศัย คุณสมบัติการแทรกสอดของคลื่น   ลักษณะของเกรตติ้ง จะเป็นแผ่นวัสดุบางที่ถูกแบ่งออกเป็นช่องขนานซึ่งอยู่ชิดกันมาก  โดยทั่วไปใน 1 เซนติเมตร แบ่งออกเป็น 4,000 - 10,000 ช่อง  ในการทดลอง ถ้าเราให้แสงจากดวงอาทิตย์หรือแสงขาวจากหลอดไฟส่องผ่านเกรตติ้ง เราจะเห็นสเปรคตรัมของแสงอาทิตยหรือแสงขาว แยกออกเป็น 7 สี

รูปแสดงการฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง แล้เกิดการแทรกสอดบนฉากเป็นชุดสเปกตรัม

เนื่องจากช่องเกรตติ้งมีขนานเล็ก และอยู่ชิดกันมากจึงทำให้แสงที่ออกจากช่องของเกรตติ้งเป็นรังสีขนาน เมื่อแสงดังกล่าวไปพบกัน จะเกิดการแทรกสอดกันเหมือนช่องแคบคู่ และทุก ๆ คู่ จะให้เงื่อนไขการแทรกสอดเหมือนกันหมด เราจึงพิจารณาเงื่อนไขการแทรกสอดของเกรดติ้ง จากการแทรกสอดผ่านช่องแคบคู่เพียงคู่เดียว

รูปแสดงแสงผ่านเกรติ้งซึ่งเป็นช่องขนานจำนวนมาก จะแทรกสอดเหมือนสลิตคู่

ผลการแทรกสอดของแสงหลังแสงผ่านเกรตติ้ง มี 2 แบบ คือ
1. เมื่อให้แสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง   จะเกิดการแทรกสอดเกิดแถบสว่างและแถบมืด เหมือนกับแสงผ่านสลิตคู่   การคำนวณเหมือนแทรกสอดผ่านสลิตคู่ จากรูปเป็นการฉายแสงเลเซอร์ผ่านเกรตติ้ง



รูป การฉายแสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง แล้วแทรกสอดบนฉาก

สมการคำนวณการแทรกสอด

2. เมื่อให้แสงขาวผ่านเกรตติ้ง จะเกิดการแทรกสอดเกิดแถบสว่าง(แสงขาวตรงกลาง)  และเกิดชุดสเปกตรัม โดยแต่ละชุดจะเริ่มจากแสงสีม่วงไปจนถึงแสงสีแดง ดังแสดงในรูป



รูปชุดสเปกตรัมบนฉาก เมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง

ในกรณีที่ฉายแสงที่ไม่ช่แสงขาว แต่เป็นแสงที่เป็นแสงสีผสมเช่น ฉายแสงสีแดงม่วง ผ่านเกรตติ้ง จะเกิดการแทรกสอด เป็นชุดสเปกตรัมเพียง 2 สี คือ สีม่วง และสีแดง  แถบกลางเป็นแถบสว่างสีแดง ม่วง เหมือนกับแสงที่ฉายเข้ามา ดังรูป

รูป การแยกสเปกตรัมเป็นสีม่วงกับสีแดง ข้างละ 2 ชุด

ถ้าฉายแสงสีน้ำเงินเขียว  ผ่านเกรตติ้ง จะเกิดแถบแทรกสอดบนฉากเป็นอย่างไร  

สมการและการคำนวณเมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง

1. เมื่อฉายแสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง

2. เมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง









คลื่นเสียง

คลื่นเสียง 3.  เสียงและการได้ยิน

สารบัญ