Bài 12: Giao thoa sóng

I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC

1. Thí nghiệm

2. Giải thích

a) Để giải thích hiện tượng trên, ta cần biết thêm một đặc điểm nữa của chuyển động sóng: Mỗi nguồn sóng phát ra một sóng có các gợn sóng là những đường tròn giống hệt như khi không có các nguồn sóng khác ở bên cạnh.

Những điểm nào cách nguồn một khoảng bằng \(k\lambda\) thì dao động đồng pha với nguồn, còn những điểm nào cách nguồn một khoảng \(\left(k+\dfrac{1}{2}\right)\lambda\) thì dao động ngược pha với với nguồn. 

b) Trong thí nghiệm ta đã dùng hai nguồn sóng giống hệt nhau dao động theo phương vuông góc với mặt nước. Vì thế, trên mặt nước có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó dao động ngược pha, triệt tiêu nhau. Có những điểm dao động rất mạnh do hai sóng ở đó dao động đồng pha.

c) Ánh sáng truyền qua những điểm đứng yên không bị cản trở, nên cho ảnh là những hypebol rất sáng. Còn ánh sáng truyền qua những điểm dao động mạnh thì bị tán xạ nên cho ảnh là những đường hypebol nhoè và tối.

Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng ổn định gọi là các vân giao thoa.

3. Điều kiện để xảy ra giao thoa

Để xảy ra hiện tượng giao thoa hai nguồn sóng phải:

• Dao động cùng phương, cùng tần số.
• Có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.

Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng. Vì thế, mọi quá trình vật lí nào gây ra được hiện tượng giao thoa cũng tất yếu là một quá trình sóng.

II. THÍ NGHIỆM CỦA YOUNG (Y-ÂNG) VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

1. Thí nghiệm

Tương tự như sóng nước, làm thí nghiệm về giao thoa của hai nguồn sóng ánh sáng kết hợp.

Thí nghiệm được bố trí như Hình 12.3.

Ánh sáng phát ra từ nguồn S chiếu vào hai khe hẹp F₁, F₂. Hai khe hẹp này là hai nguồn kết hợp.

Hình ảnh giao thoa ánh sáng quan sát được trên màn E như Hình 12.4.

Trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ như trên Hình 12.4 đã khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau. Những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Những vạch sáng và tối xen kẽ nhau chính là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng.

2. Công thức xác định bước sóng \(\lambda\) của ánh sáng

Hình 12.5 là sơ đồ rút gọn của thí nghiệm Y-âng. Gọi:

• O là vị trí tại đó xuất hiện vân sáng chính giữa.
• \(a\) là khoảng cách giữa hai khe: \(a=F_1F_2\).
• \(D\) là khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát: \(D=\) IO.
• \(i\) là khoảng vân. Đó là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp.

Nếu đo được \(a\), \(D\) và \(i\) thì sẽ xác định được bước sóng \(\lambda\) theo công thức sau: \(\lambda=\dfrac{ia}{D}\).