Eksperimen celah ganda Young – masalah dan penyelesaian
1. d ialah jarak antara 2 celah, L ialah jarak antara celah dan skrin tontonan, P 2 ialah jarak antara pinggir tertib kedua dan pusat skrin. Tentukan panjang gelombang cahaya (1 Å = 10 -10 m).
Diketahui:
Jarak antara dua celah (d) = 1 mm = 1 x 10 -3 m
Jarak antara celah dan skrin tontonan (L) = 1 m
Jarak antara pinggir tertib kedua dan pinggir tengah (P 2 ) = 1 mm = 1 x 10 -3 m
Tertib (n) = 2
Dikehendaki: panjang gelombang cahaya (λ)
Penyelesaian:
Persamaan gangguan celah ganda dua ( gangguan konstruktif ) :
d sin θ = n λ
sin θ ≈ tan θ = P 2 / L = (1 x 10 -3 ) / 1 = 1 x 10 -3 m
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 m = 5 x 10 -7 m
λ = 5000 x 10 -10 m
λ = 5000 Å
2. Rajah di bawah menunjukkan hasil interferens celah ganda. Tentukan panjang gelombang cahaya (1 m = 10 10 Å)
Diketahui:
Jarak antara dua celah (d) = 0.8 mm = 8 x 10-4 m
Jarak antara celah dan skrin tontonan (L) = 1 m
Jarak antara pinggir peringkat keempat dan pinggir tengah (P) = 3 mm = 3 x 10 -3 m
Tertib (n) = 4
Dikehendaki: Panjang gelombang cahaya (λ)
Penyelesaian:
Persamaan gangguan celah ganda dua ( gangguan konstruktif ) :
d sin θ = n λ
sin θ ≈ tan θ = P / L = (3 x 10 -3 ) / 1 = 3 x 10 -3 saya
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 m = 6000 x 10 -10 m
λ = 6000 Å
3. Berdasarkan rajah di bawah, titik A dan B ialah dua pinggir gangguan terang yang pertama dan panjang gelombang cahaya ialah 6000 Å (1 Å = 10 -10 m). Tentukan jarak antara dua celah.
Diketahui:
Jarak antara celah dan skrin tontonan (L) = 1 m
Panjang gelombang cahaya (λ) = 6000 Å = 6000 x 10 -10 m = 6 x 10 -7 m
Jarak antara pinggir tertib pertama dan pinggir tengah (P) = 0.2 mm = 0.2 x 10 -3 m = 2 x 10 -4 m
Tertib (n) = 1
Dikehendaki: Jarak antara dua celah (d)
Penyelesaian:
Persamaan gangguan konstruktif:
d = n λ / sin θ
sin θ ≈ tan θ = P / L = (2 x 10 -4 ) / 1 = 2 x 10 -4 m
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 m
d = 3 mm
10 masalah yang berkaitan dengan eksperimen celah ganda Young berserta penyelesaiannya:
1. Masalah: Dalam eksperimen celah ganda, corak interferens hilang apabila salah satu celah ditutup. Mengapa?
Penyelesaian: Apabila satu celah ditutup, cahaya hanya boleh melalui satu celah sahaja, yang bermaksud tiada gangguan daripada dua sumber. Inilah sebabnya mengapa kita melihat corak pembelauan celah tunggal dan bukannya corak gangguan celah berganda.
2. Masalah: Corak interferens berubah apabila plat kaca diletakkan di hadapan salah satu celah. Mengapa?
Penyelesaian: Plat kaca memperkenalkan perubahan fasa dalam gelombang cahaya yang melaluinya. Perubahan fasa ini menyebabkan perbezaan laluan relatif antara gelombang cahaya yang datang dari dua celah, sekali gus mengalihkan corak gangguan.
3. Masalah: Jarak antara pinggir gangguan berkurangan apabila panjang gelombang cahaya yang digunakan meningkat. Terangkan.
: Jarak pinggir Δλ diberikan oleh Δθ = ialah panjang gelombang, ialah jarak dari celah ke skrin, dan ialah jarak antara celah. Apabila meningkat, juga meningkat
4. Masalah: Apabila cahaya merah monokromatik digantikan dengan cahaya biru monokromatik, jarak pinggir berkurangan. Mengapa?
Penyelesaian: Cahaya mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya merah. Oleh kerana jarak pinggir Δθ berkadar terus dengan (panjang gelombang ) , yang lebih pendek akan menghasilkan Δθ
5. Masalah: Corak interferens tidak diperhatikan apabila jarak antara dua celah terlalu besar. Mengapa?
Penyelesaian: Bagi corak interferens yang boleh diperhatikan, perbezaan laluan mestilah mengikut susunan panjang gelombang cahaya. Jika celah terlalu jauh, sudut di mana interferens konstruktif atau destruktif berlaku adalah terlalu kecil untuk membezakan antara pinggir.
6. Masalah: Corak gangguan hilang apabila sumber cahaya terlalu luas atau tidak koheren. Mengapa?
Penyelesaian: Agar gangguan berlaku, gelombang cahaya mestilah koheren, bermakna ia mengekalkan hubungan fasa yang konsisten. Sumber yang luas atau tidak koheren menghasilkan gelombang cahaya dengan hubungan fasa rawak, menghapuskan corak gangguan yang jelas.
7. Masalah: Corak interferens berubah apabila radas direndam di dalam air. Terangkan.
Penyelesaian: radas di dalam air mengubah kelajuan cahaya. Panjang gelombang cahaya di dalam air berkurangan berbanding dengan air. Oleh kerana jarak pinggir Δ� berkadar terus dengan , corak interferens akan beralih.
8. Masalah: Seorang pelajar memerhatikan corak interferens yang kabur. Apakah sebabnya?
Penyelesaian: Kaburnya cahaya boleh disebabkan oleh beberapa sebab: celah mungkin tidak benar-benar selari, skrin mungkin tidak berserenjang sempurna dengan laluan cahaya, atau sumber cahaya mungkin tidak monokromatik atau koheren sempurna.
9. Masalah: Rumbai-rumbai itu tidak dijarakkan sama rata. Mengapa?
Penyelesaian: Ini mungkin disebabkan oleh ketidakseragaman dalam lebar celah atau jarak tak linear antara celah. Ketidaksempurnaan dalam persediaan eksperimen boleh menyebabkan pinggiran yang tidak sekata.
10. Masalah: Corak interferens langsung tidak diperhatikan apabila cahaya putih digunakan, tetapi pinggir tengah yang terang kelihatan. Terangkan.
Penyelesaian: Cahaya putih terdiri daripada pelbagai warna (panjang gelombang) cahaya. Setiap warna akan mengganggu pada kedudukan yang berbeza disebabkan oleh panjang gelombang yang berbeza. Pertindihan corak ini akan menghilangkan corak gangguan yang berbeza, hanya meninggalkan pinggiran putih tengah di mana semua warna mengganggu secara konstruktif.
Nota: Masalah dan penyelesaian di atas dibentangkan dengan cara yang dipermudahkan untuk pemahaman yang lebih mudah. Dalam eksperimen sebenar, faktor tambahan mungkin memainkan peranan dalam pemerhatian.
