Contoh gangguan dan pembelauan cahaya – celah berganda

27 Contoh gangguan dan pembelauan cahaya – celah berganda

1. Dua celah sempit yang berjarak 0,5 mm antara satu sama lain disinari oleh cahaya dengan panjang gelombang 600 nm. Kirakan tiga nilai sudut terkecil di mana (1) gangguan konstruktif berlaku (b) gangguan destruktif.
Perbincangan

Tiga sudut terkecil di mana gangguan konstruktif berlaku:

Tiga sudut terkecil di mana gangguan konstruktif berlaku:

2. Cahaya monokromatik melalui dua celah sempit dan selari. Jarak antara celah ialah 0,6 mm. Jarak antara skrin dan celah ialah 60 cm. Corak interferens yang berlaku pada skrin ialah garis terang dan gelap yang dipisahkan oleh jarak yang sama. Jika jarak antara dua garis terang bersebelahan ialah 0,2 mm, tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan.
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
d = 0,6 mm = 0,0006 m = 6 x 10^-4 m
y = 0,2 mm = 0,0002 m = 2 x 10^-4 m
l = 60 cm = 600 mm = 0,6 m
Ditanya: Apakah panjang gelombang cahaya yang digunakan?
Jawapan:

3. Celah berganda disinari dengan cahaya yang mempunyai panjang gelombang 560 nm. Satu skrin diletakkan 1 m dari celah tersebut. Jika jarak antara dua celah ialah 0,5 mm, maka jarak antara dua jalur terang bersebelahan ialah...
A. 1,00 mm
B. 1,12 mm
C. 1,40 mm
D. 1,60 mm
E. 2,00 mm
Perbincangan:
Dikenali :
Ditanya :
Jarak antara dua jalur terang bersebelahan (y)
Jawab :

Jawapan yang betul ialah B.

4. Jarak antara dua lampu hadapan kereta ialah 110 cm. Purata panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh kedua-dua lampu itu ialah 600 nm. Jika kedua-dua lampu itu diperhatikan oleh seseorang yang diameter anak matanya ialah 2 mm, jarak maksimum antara kereta dan orang itu supaya lampu kedua-dua lampu itu masih kelihatan berasingan ialah...
A. 450 m
B. 2500 m
C. 3000 m
D. 4000 m
Timur 5000 m
Perbincangan:
Dikenali :
D = 2 mm = 2 x 10^-3 meter
Panjang gelombang cahaya = 600 nm = 600 x 10^-9 meter
Jarak antara dua lampu kereta = 110 cm = 1,1 meter
Ditanya :
Jarak antara kereta dan orang yang memerhatikan kedua-dua lampu (l)?
Jawab :

Agar dua cahaya dapat dilihat sebagai dua objek berasingan, sudut (theta) mestilah lebih besar daripada sudut genting, yang memenuhi persamaan:

Jawapan yang betul ialah C.

5. Rajah di bawah menggambarkan eksperimen Young. Jika d ialah jarak antara dua celah, L ialah jarak dari celah ke skrin dan P ialah₂ ialah jarak garis terang ke-2 dari garis terang tengah, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan (1 Å = 10^-10 m) ialah…

A. 3.000 Å
B. 4.000 Å
C. 5.000 Å
D. 5.500 Å
E. 6.000 Å

Perbincangan
Dikenali :
Jarak antara dua celah (d) = 1 mm = 1 x 10^-3 meter
Jarak dari celah ke skrin (L) = 1 meter
Jarak garisan terang ke-2 dari garisan terang tengah (P₂) = 1 mm = 1 x 10^-3 meter
Tertib (n) = 2 (cahaya tengah ialah cahaya pertama jadi n = 0. Cahaya kedua ialah garis cahaya pertama jadi n = 1, n = 2 garis cahaya kedua)
Ditanya Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan ialah…
Jawab :

Formula gangguan celah berganda (gangguan konstruktif) :
d sin θ = n λ

sin θ ≈ tan θ = P₂ / L = (1 x 10^-3) / 1 = 1 x 10^-3 meter
Panjang gelombang cahaya :
λ = d sin θ / n
λ = (1 x 10^-3)(1 x 10^-3) / 2 = (1 x 10^-6) / 2
λ = 0,5 x 10^-6 meter = 5 x 10^-7 meter
λ = 5000 x 10^-10 meter
λ = 5000 Å
Jawapan yang betul ialah C.

6. Dalam satu eksperimen gangguan celah ganda, data yang terhasil adalah seperti yang ditunjukkan dalam imej di sebelah. Jadi nilai panjang gelombang yang digunakan ialah… (1 m = 10¹⁰ Å)

A. 4500 Å
B. 5000 Å
C. 6000 Å
D. 6500 Å
E. 7000 Å

Perbincangan
Dikenali :
Jarak antara dua celah (d) = 0,8 mm = 8 x 10^-4 meter
Jarak dari celah ke skrin (L) = 1 meter
Jarak garisan terang ke-4 dari garisan terang tengah (P) = 3 mm = 3 x 10^-3 meter
Tertib (n) = 4
Ditanya Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan ialah…
Jawab :
Formula gangguan celah berganda (gangguan konstruktif) :
d sin θ = n λ
sin θ ≈ tan θ = P / L = (3 x 10^-3) / 1 = 3 x 10^-3 meter
Panjang gelombang cahaya :
λ = d sin θ / n
λ = (8 x 10^-4)(3 x 10^-3) / 4 = (24 x 10^-7) / 4
λ = 6 x 10^-7 meter = 6000 x 10^-10 meter
λ = 6000 Å
Jawapan yang betul ialah C.

7. Imej di sebelah ialah lakaran laluan sinar cahaya dalam peristiwa gangguan celah ganda dua S.₁ dan S₂, titik A dan B ialah dua garis gelap berturut-turut dan panjang gelombang yang digunakan ialah 6000 Å (1 Å = 10^-10 m). Jarak antara kedua-dua celah ialah…
A. 0,015 mm
B. 0,2 mm
C. 1,5 mm
D. 1,6 mm
E. 1,8 mm
Perbincangan
Jarak antara dua celah dikira menggunakan formula gangguan konstruktif dengan mengandaikan bahawa jarak antara dua garis gelap yang berturutan adalah sama dengan jarak antara dua garis terang yang berturutan.
Dikenali :
Jarak dari celah ke skrin (L) = 1 meter
Panjang gelombang yang digunakan (λ) = 6000 Å = 6000 x 10^-10 meter = 6 x 10^-7 meter
Jarak antara garisan terang tengah ke garisan terang pertama (P) = 0,2 mm = 0,2 x 10^-3 meter = 2 x 10^-4 meter
Tertib garisan terang pertama (n) = 1
Ditanya Jarak antara dua jurang (d)
Jawab :
Formula gangguan konstruktif :
d = n λ / sin θ

sin θ ≈ tan θ = P / L = (2 x 10^-4) / 1 = 2 x 10^-4 meter
Jarak antara dua celah :
d = n λ / sin θ = (1)(6 x 10^-7) / (2 x 10^-4)
d = (6 x 10^-7) / (2 x 10^-4) = (3 x 10^-3)
d = 0,003 meter
d = 3 mm

8. Jika dua gelombang cahaya dengan panjang gelombang 600 nm mengalami interferens konstruktif, berapakah perbezaan laluan gelombang tersebut?
Perbincangan: Untuk gangguan konstruktif, perbezaan dalam laluan gelombang mestilah nλ, dengan n ialah integer. Jika n=0, maka perbezaan dalam laluan gelombang ialah 0 nm.

9. Gelombang cahaya dengan panjang gelombang 500 nm dibiaskan melalui celah sempit. Jika jarak antara celah dan skrin ialah 2 m, dan jarak antara pusat corak pembelauan dan tertib pertama ialah 5 mm, apakah lebar celah itu?
Perbincangan: Menggunakan persamaan pembelauan \( a\sin \theta = m\lambda \), dengan \( a \) ialah lebar celah, \( m \) ialah tertib, dan \( \theta \) ialah sudut, kita boleh mencari lebar celah: \( a = \frac{{m\lambda}}{{\sin \theta}} = \frac{{(1)(500 \times 10^{-9}\, \text{m})}}{{\sin \left( \frac{{5 \times 10^{-3}\, \text{m}}}{{2\, \text{m}}} \right)}} \approx 5 \times 10^{-4}\, \text{m} \).

10. Jika dua gelombang cahaya dengan panjang gelombang 400 nm mengalami gangguan pemusnah, berapakah perbezaan laluan gelombang tersebut?
Perbincangan: Untuk gangguan pemusnah, perbezaan dalam laluan gelombang mestilah \( (n + \frac{1}{2})\lambda \). Jika n=0, maka perbezaan dalam laluan gelombang ialah 200 nm.

11. Apakah yang berlaku jika lebar celah dalam eksperimen pembelauan adalah lebih besar daripada panjang gelombang cahaya?
Perbincangan: Jika lebar celah lebih besar daripada panjang gelombang cahaya, corak pembelauan akan menjadi kurang jelas dan lebih sukar untuk diperhatikan.

12. Dalam eksperimen celah berganda Young dengan panjang gelombang 650 nm, celah 0,1 mm dipisahkan oleh 0,2 mm. Berapakah jarak antara jalur gelap pertama dan kedua pada skrin yang berjarak 1 m?
Perbincangan: Jarak antara jalur gelap boleh didapati menggunakan persamaan gangguan \( y = \frac{{m\lambda D}}{{d}} \), dengan \( m = 1 \) ialah tertib pertama, \( D \) ialah jarak ke skrin, dan \( d \) ialah jarak antara celah. Maka jarak antara jalur gelap pertama dan kedua ialah: \( y = \frac{{(1)(650 \times 10^{-9}\, \text{m})(1\, \text{m})}}{{0,1 \times 10^{-3}\, \text{m}}} – \frac{{(0)(650 \times 10^{-9}\, \text{m})(1\, \text{m})}}{{0,1 \times 10^{-3}\, \text{m}}} \approx 6,5\, \text{mm} \).

13. Jika cahaya dengan panjang gelombang 700 nm mengenai celah berganda dengan jarak 0,3 mm antara celah, apakah jarak antara jalur terang pertama dan kedua pada skrin yang berjarak 1,5 m?
**Perbincangan**: Menggunakan persamaan yang serupa dengan soalan 5, kita boleh mencari jarak antara jalur terang pertama dan kedua ialah: \( y \approx 7\, \text{mm} \).

13. Apakah gangguan konstruktif dan bagaimana ia berlaku?
Perbincangan: Interferens konstruktif berlaku apabila dua gelombang cahaya bertemu dan perbezaan laluannya adalah gandaan panjang gelombang (nλ). Ini menghasilkan penguatan amplitud gelombang.

14. Apakah gangguan pemusnah dan bagaimana ia berlaku?
Perbincangan: Gangguan destruktif berlaku apabila dua gelombang cahaya bertemu dan perbezaan laluannya ialah gandaan ganjil separuh panjang gelombang \((n + \frac{1}{2})\lambda\). Ini mengakibatkan pengurangan atau pengecutan amplitud gelombang.

15. Dalam pembelauan melalui celah tunggal, apakah yang berlaku kepada corak pembelauan jika lebar celah dikurangkan?
Perbincangan: Jika lebar celah dikurangkan, corak pembelauan akan menjadi lebih lebar, dan jalur terang dan gelap akan lebih terpisah.

16. Apakah yang berlaku kepada corak interferens dalam eksperimen celah berganda jika jarak antara celah ditambah?
Perbincangan: Jika jarak antara celah ditambah, corak interferens akan menjadi lebih tumpat, dan jarak antara jalur terang dan gelap akan berkurangan.

17. Dalam eksperimen celah ganda dua Young dengan panjang gelombang 550 nm dan celah 0,15 mm, apakah jarak antara jalur terang kelima dan ke-10 pada skrin yang berjarak 2 m?
Perbincangan: Menggunakan persamaan yang serupa dengan masalah 5, kita boleh mencari jarak antara jalur terang kelima dan ke-10 ialah: \( y \approx 36,67\, \text{mm} \).

18. Bagaimanakah panjang gelombang mempengaruhi corak pembelauan?
Perbincangan: Panjang gelombang yang lebih besar akan menghasilkan corak pembelauan yang lebih luas, manakala panjang gelombang yang lebih kecil akan menghasilkan corak pembelauan yang lebih sempit.

19. Jika cahaya dengan panjang gelombang 450 nm mengenai celah berganda dengan jarak 0,25 mm antara celah, apakah jarak antara jalur gelap pertama dan kedua pada skrin yang berjarak 1 m?
Perbincangan: Menggunakan persamaan yang serupa dengan soalan 5, kita boleh mencari jarak antara jalur gelap pertama dan kedua ialah: \( y \approx 1,8\, \text{mm} \).

20. Bagaimanakah cara menentukan kedudukan jalur terang dalam corak interferens celah ganda?
Perbincangan: Kedudukan jalur terang dalam corak interferens celah ganda boleh ditentukan menggunakan persamaan \( y = \frac{{m\lambda D}}{{d}} \), dengan \( m \) ialah tertib, \( \lambda \) ialah panjang gelombang, \( D \) ialah jarak ke skrin, dan \( d \) ialah jarak antara celah.

21. Bagaimanakah cara menentukan kedudukan jalur gelap dalam corak pembelauan celah tunggal?
Perbincangan: Kedudukan jalur gelap dalam corak pembelauan celah tunggal boleh ditentukan menggunakan persamaan \( a\sin \theta = m\lambda \), dengan \( a \) ialah lebar celah, \( m \) ialah tertib, dan \( \theta \) ialah sudut.

22. Apakah yang berlaku kepada corak gangguan jika sumber cahaya digantikan dengan panjang gelombang yang lebih pendek?
Perbincangan: Jika panjang gelombang lebih pendek, corak interferens akan menjadi lebih tumpat, dan jarak antara jalur terang dan gelap akan berkurangan.

23. Bagaimanakah eksperimen celah ganda berfungsi untuk menunjukkan sifat gelombang cahaya?
Perbincangan: Eksperimen celah ganda menunjukkan sifat gelombang cahaya dengan menghasilkan corak interferens terang dan gelap pada skrin. Corak ini dibentuk oleh gabungan gelombang daripada kedua-dua celah, menunjukkan sifat gelombang cahaya.

24. Terangkan perbezaan antara gangguan dan pembelauan.
Perbincangan: Gangguan berkaitan dengan gabungan dua atau lebih gelombang yang mengakibatkan peningkatan atau penurunan amplitud, manakala pembelauan berkaitan dengan lenturan gelombang semasa ia melalui bukaan atau di sekeliling objek.

25. Dalam eksperimen celah dua Young, terangkan mengapa corak gelap dan terang muncul pada skrin.
Perbincangan: Corak gelap dan terang muncul disebabkan oleh gangguan membina dan merosakkan antara gelombang dari dua celah. Corak terang muncul apabila gangguan membina berlaku (perbezaan laluan adalah gandaan panjang gelombang), dan corak gelap muncul apabila gangguan merosakkan berlaku (perbezaan laluan adalah gandaan ganjil separuh panjang gelombang).

25. Bagaimanakah corak pembelauan untuk celah tunggal berbeza daripada corak pembelauan untuk celah berganda?
Perbincangan: Corak pembelauan untuk celah tunggal terdiri daripada jalur terang tengah dengan jalur gelap dan terang berturut-turut di kedua-dua belah pihak. Dalam celah berganda, terdapat corak gangguan tambahan yang disebabkan oleh interaksi gelombang dari kedua-dua celah, menjadikan corak lebih kompleks.

Gangguan Cahaya

Gangguan ialah fenomena fizikal yang berlaku apabila dua atau lebih gelombang cahaya bertemu dan bergabung. Ini menghasilkan corak baharu dengan amplitud yang boleh lebih besar atau kurang daripada amplitud gelombang asal.

Gangguan Konstruktif

Gangguan konstruktif berlaku apabila perbezaan laluan gelombang adalah gandaan panjang gelombang (nλ), menghasilkan penguatan amplitud gelombang. Corak ini muncul sebagai jalur terang pada skrin dalam eksperimen seperti celah berganda Young.

Gangguan Musnah

Gangguan destruktif berlaku apabila perbezaan laluan gelombang ialah gandaan ganjil separuh panjang gelombang ( n + 1/2 ) λ . Ini mengakibatkan pengurangan atau penyempitan amplitud gelombang, yang dilihat sebagai jalur gelap dalam corak gangguan.

Pembelauan Cahaya

Pembelauan ialah fenomena yang berlaku apabila gelombang cahaya melalui bukaan sempit atau di sekeliling objek. Ini menyebabkan gelombang cahaya membengkok dan merebak, menghasilkan corak pembelauan yang tersendiri.

Pembelauan melalui Celah Tunggal

Dalam satu celah, pembelauan menghasilkan corak pusat yang terang dengan jalur gelap dan terang berturut-turut di kedua-dua belah pihak. Lebar celah adalah berkadar songsang dengan lebar corak pembelauan.

Pembelauan melalui Celah Berganda

Dalam celah berganda, pembelauan menghasilkan corak yang lebih kompleks. Selain corak pembelauan dari setiap celah, terdapat juga corak gangguan yang disebabkan oleh interaksi gelombang dari kedua-dua celah.

Eksperimen Penting

Eksperimen Celah Berganda Young

Eksperimen celah ganda Thomas Young adalah salah satu cara untuk memerhatikan gangguan dan pembelauan. Corak terang dan gelap pada skrin menunjukkan sifat gelombang cahaya, menyokong teori gelombang cahaya.

Kesimpulannya

Gangguan dan pembelauan merupakan fenomena yang menunjukkan sifat gelombang cahaya. Memahami bagaimana gangguan dan pembelauan berfungsi membolehkan kita memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang sifat dan kelakuan cahaya, yang mempunyai aplikasi penting dalam bidang seperti optik, teknologi komunikasi dan perubatan.

Mengkaji gangguan dan pembelauan juga membantu dalam pembangunan teknologi seperti mikroskop, teleskop dan instrumen optik lain, yang bergantung pada corak gangguan dan pembelauan untuk meningkatkan resolusi dan kecekapan.