Vågrörelselära och optik

Relevanta dokument
Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära och optik

Kapitel 35, interferens

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära och optik

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

5. Elektromagnetiska vågor - interferens

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

Vågrörelselära och optik

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

Vågrörelselära och optik

Övning 6 Antireflexbehandling. Idén med antireflexskikt är att få två reflektioner som interfererar destruktivt och därmed försvagar varandra.

Interferens (Kap. 35) Interferens (Kap. 35) Interferens mellan vågor från två punktformiga källor. Skillnad mellan interferens och diffraktion

Övning 6 Antireflexbehandling

Elektromagnetiska vågor (Ljus)

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

Övning 9 Tenta från Del A. Vägg på avståndet r = 2.0 m och med reflektansen R = 0.9. Lambertspridare.

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Vågfysik. Superpositionsprincipen

Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Optik, F2 FFY091 TENTAKIT

Vågrörelselära och optik

1. Ge en tydlig förklaring av Dopplereffekt. Härled formeln för frekvens som funktion av källans hastighet i stillastående luft.

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Övning 9 Tenta

Kapitel 36, diffraktion

Ljudhastighet (vätska & gas) RT v M Intensitet från en punktkälla P I medel 2 4 r Ljudintensitetsnivå I 12 2 LI 10lg med Io 1,0 10 W/m Io Dopplereffek

Gauss Linsformel (härledning)

Lösningar till repetitionsuppgifter

Böjning. Tillämpad vågrörelselära. Föreläsningar. Vad är optik? Huygens princip. Böjning vs. interferens FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Diffraktion och interferens

Ljusets interferens. Sammanfattning

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 15. mars 2010

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 11. juni 2010

4. Allmänt Elektromagnetiska vågor

Tentamen i Fotonik , kl

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 7 poäng, FyL2 Tisdagen den 19 juni 2007 kl 9-15

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 hp, FK4009 Torsdagen den 21 augusti 2008 kl 9-15

Laboration 1 Fysik

1. a) I en fortskridande våg, vad är det som rör sig från sändare till mottagare? Svara med ett ord. (1p)

Diffraktion och interferens

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Luft. film n. I 2 Luft

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

3. Mekaniska vågor i 2 (eller 3) dimensioner

FAFF Johan Mauritsson 1. Föreläsningar. Våglära och optik. Världens minsta film. Projekten

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Institutionen för Fysik Polarisation

(ii) Beräkna sidoförskjutningen d mellan in- och utgående strålar, uttryckt i vinklarna θ i och tjocklekar t i. (2p)

92FY27: Vågfysik teori och tillämpningar. Tentamen Vågfysik. 17 oktober :00 13:00

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

Geometrisk optik reflektion och brytning. Optiska system F9 Optiska instrument. Elektromagnetiska vågor. Det elektromagnetiska spektrumet FAF260

Fysik TFYA86. Föreläsning 9/11

The nature and propagation of light

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Handledning laboration 1

I 1 I 2 I 3. Tentamen i Fotonik , kl Här kommer först några inledande frågor.

Hur fungerar AR-skikt? Föreläsning 7 fysikalisk optik

Tentamen i Våglära och optik för F

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

ett uttryck för en våg som beskrivs av Jonesvektorn: 2

Hur fungerar AR skikt? Föreläsning 7 fysikalisk optik

v = v = c = 2 = E m E2 cµ 0 rms = 1 2 cε 0E 2 rms (33-26) I =

Final i Wallenbergs fysikpris

Böjning och interferens

3. Ljus. 3.1 Det elektromagnetiska spektret

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

= T. Bok. Fysik 3. Harmonisk kraft. Svängningsrörelse. Svängningsrörelse. k = = = Vågrörelse. F= -kx. Fjäder. F= -kx. massa 100 g töjer fjärder 4,0 cm

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter. Räknestuga. Förra veckan kapitel 16 och 17 Böjning och interferens

Diffraktion... Diffraktion (Kap. 36) Diffraktion... Enkel spalt. Parallellt monokromatiskt ljus gör att skuggan av rakbladet uppvisar en bandstruktur.

Föreläsning 6: Polarisation

Presentationsmaterial Ljus som vågrörelse - Fysik B. Interferens i dubbelspalt gitter tunna skikt

Tentamen i Fotonik , kl

Alla svar till de extra uppgifterna

interferens och diffraktion

Tentamen i Fotonik , kl

Strålningsfält och fotoner. Kapitel 25: Vågor och partiklar

Mer om EM vågors polarisation. Vad händer om man lägger ihop två vågor med horisontell och vertikal polarisation?

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

Hur elektromagnetiska vågor uppstår. Elektromagnetiska vågor (Kap. 32) Det elektromagnetiska spektrumet

Föreläsning 6: Polarisation

Vågor. En våg är en störning som utbreder sig En våg överför energi från en plats till en annan. Det sker ingen masstransport

Diffraktion och interferens

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

för M Skrivtid i hela (1,0 p) 3 cm man bryningsindex i glaset på ett 2. två spalter (3,0 p)

Tillämpad vågrörelselära FAF260. Svängningar genererar vågor - Om en svängande partikel är kopplad till andra partiklar uppkommer vågor

Vågrörelselära. Christian Karlsson Uppdaterad: Har jag använt någon bild som jag inte får använda så låt mig veta så tar jag bort den.

TFYA58, Fysik, 8 hp, 3 delar

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Kapitel 4. Materievågor

Figur 1. Funktionsprincipen för Michelson-interferometer.

Tentamen i Fotonik , kl

Transkript:

Vågrörelselära och optik Kapitel 35-1 Vågrörelselära och optik Kurslitteratur: University Physics by Young & Friedman (14th edition) Harmonisk oscillator: Kapitel 14.1 14.4 Mekaniska vågor: Kapitel 15.1 15.8 Ljud och hörande: Kapitel 16.1 16.9 Elektromagnetiska vågor: Kapitel 32.1 & 32.3 & 32.4 Ljusets natur: Kapitel 33.1 33.4 & 33.7 Stråloptik: Kapitel 34.1 34.8 : Kapitel 35.1 35.5 Diffraktion: Kapitel 36.1-36.5 & 36.7 2

Vågrörelselära och optik 3 Del 1. https://www.youtube.com/watch?v=cae3lkynkt8 4

https://www.youtube.com/watch?v=umkaxvwiry4 5 Vågfronter: vågtoppar i en våg åtskilda av en λ : Vågor överlappar i rymden Koherenta källor: samma frekvens (eller våglängd) och konstant fasförhållande (inte nödvändigtvis i fas). Superpositions principen När två eller fler vågor överlagras så blir den momentana förflyttningen = Summan av förflyttningen från de individuella vågorna var för sig 6

Kontruktiv interferens Destruktiv interferens 7 Antinodala kurvor = konstruktiv interferens Kontruktiv interferens För en punkt gäller: r 1 r 2 En vägskillnad av en våglängd motsvarar en fasskillnad på 2π Destruktiv interferens 8

Svart: Amplituden = noll Röd: Amplituden > 0 Blå: Amplituden < 0 http://www.opensourcephysics.org/items/detail.cfm?id=9989 9 Principen för Youngs dubbelspalt experiment https://www.youtube.com/watch?v=kdi4e76uvo8 10

Kontruktiv Destruktiv https://www.youtube.com/watch?v=9ukkkm1ikkg 11 Mål Räkna ut var de ljusa banden hamnar på skärmen i ett dubbel spalt experiment. Givet Ljusets våglängd λ, avståndet mellan spalterna d och avståndet till skärmen R. Hur + Geometri 12

Geometri: m=-1 m=0 m=1 m=2 R y m=3 y Kontruktiv interferens: 0, 1, 2, 3. 13 Konstructiv interferens Destruktiv interferens Längre λ Längre d http://www.opensourcephysics.org/items/detail.cfm?id=10529 14

Problem Del 2. Problem lösning 15 Y = 9.49 mm för linjen med m = 3 Vad är ljusets våglängd? Problem 16

Två antenner skickar ut radiovågor med f = 1500 khz. De sitter 400 m ifrån varandra. Varför blir intensiteten störst för 0, 30 och 90 grader? Problem 17 Fas vektorer Del 3. Fas vektorer Cosinus funktion Sinus funktion fas vektorer 18

Fas vektorer Fasvektorn för harmonisk svängning http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/flash/shm_spring1.swf 19 Fas vektorer Genom att addera fasvektorer som vektorer kan man få den kombinerade vågen från två vågor med samma frekvens som är ur fas Våg 1 Våg 2 Våg 1+2 20

Fas vektorer Genom att addera fasvektorer som vektorer kan man få den kombinerade vågen från två vågor med olika frekvens som är ur fas Våg 1 Våg 2 Våg 1+2 21 Samma frekvens Olika fas Fas vektorer Olika frekvens Olika fas http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/phasor-addition.html 22

Del 4. och ljusintensitet 23 Effekt per ytenhet: = medelvärdet av S Medelvärdet av cos 2 (x) = 1/2 Eliminera μ 0 ε 0 μ 0 = 1 / c 2 μ 0 = 1 / ε 0 c 2 en av en elektomagnetisk våg: I där E max är amplituden av det elektriska fältet 24

Strategi för intensitets beräkningen Uppgift 1: Beräkna amplituden E max av det elektriska fältet efter överlagringen av två interfererande vågor genom att använda fasvektorer. Uppgift 2: Sätt in den nya E max i formeln: Uppgift 3: Härled ett förhållande mellan intensitet och d, y och R. 25 Uppgift 1: Kombinera två elektriska fält med 1. Samma amplitud E 2. Samma frekvens ω 3. Olika fas φ genom att använda fasvektorer! 26

Först lite trigonometriska formler 2. Fasformeln b c a 3. Formeln för dubbla vinkeln 1. Cosinus formeln 27 Hitta den här amplituden (E p ) E p E π φ E Steg 1 1. Cosinus formeln 2. Fasformeln Steg 2 E p2 = 2E 2 (1+cos(φ)) 28

Steg 2 E p2 = 2E 2 (1+cos(φ)) Steg 3 3. Formeln för dubbla vinkeln E p2 = 2E 2 (1 + 2cos 2 (φ/2) - 1) E p2 = 4E 2 cos 2 (φ/2) 29 Strategi Uppgift 1: Beräkna amplituden E max av det elektriska fältet efter överlagringen av två interfererande vågor genom att använda fasvektorer. Uppgift 2: Sätt in den nya E max i formeln: Uppgift 3: Härled ett förhållande mellan intensitet och d, y och R. 30

Amplitud av två vågor efter interferens: av två vågor efter interferens: SLUTSATS: en av ljuset (I) är proportionell mot kvadraten på amplituden av det elektriska fältet (Ep): där är maximum av intensiteten. 31 Strategi Uppgift 1: Beräkna amplituden E max av det elektriska fältet efter överlagringen av två interfererande vågor genom att använda fasvektorer. Uppgift 2: Sätt in den nya E max i formeln: Uppgift 3: Härled ett förhållande mellan intensitet och d, y och R. 32

E p 2E π 2π φ Destruktiv interferens inträffar när fas skillnaden är π Konstruktiv interferens inträffar när fas skillnaden är 2π 33 En vägskillnad av en våglängd motsvarar en fasskillnad på 2π Väg skillnaden 34

Introducera y i formeln θ y litet θ 35 m=-1 m=0 m=1 m=2 : m=3 y m=3 36

Strategi Uppgift 1: Beräkna amplituden E max av det elektriska fältet efter överlagringen av två interfererande vågor genom att använda fasvektorer. Uppgift 2: Sätt in den nya E max i formeln: Uppgift 3: Härled ett förhållande mellan intensitet d, y och R. 37 Konstruktiv interferens: : 38

Problem Del 5. Problem lösning 39 Problem Två antenner skickar ut radiovågor med f = 60.0 MHz. De sitter 10.0 m ifrån varandra. en är 0.020 W/m 2 på ett avstånd av 700 m för m = 0. Vad blir intensiteten på avståndet 700 m för θ = 4.00 o? y = 700 tan(4.0 o ) = 48.9 m R=700m θ = 4.0 o d = 10.0 m 40

Tunnfilmsinterferens Del 6. Tunnfilms interferens https://www.youtube.com/watch?v=4i34ja1fdp 41 Tunnfilmsinterferens Olika färger har olika våglängder så vissa kommer att interferera konstruktivt och andra destruktivt. Detta skapar färg band. Två reflektioner skapar interference 42

Tunnfilmsinterferens Reflektioner Reflekterad våg Amplitud Inkommande våg Amplitud för θ = 0 Positiv om n a > n b Negativ om n b > n a Ingen fas skillnad Fas skillnad = π 43 Tunnfilmsinterferens n b <n a Fas skillnad = 0 Efter en reflektion med en fasförskjutning (n b > n a ) gäller följande: Konstruktiva reflektioner: Destruktiva reflektioner: n b > n a Fas skillnad = π Detta är motsatsen till vad vi normalt har utan en fasförskjutning (eller efter två fasförskjutningar). 44

Tunnfilmsinterferens Udda antal λ/2 Mörkt band Jämnt antal λ/2 Ljust band 45 Problem Del 7. Problem lösning 46

Problem Två tunna 10.0 cm långa glasplattor är separerade i ena änden av ett papper som är 0.02 mm tjockt. Ljus med våglängden 500 nm skapar mörka interferens linjer. Vad blir avståndet mellan linjerna? Destruktiva reflektioner: 47 Newtons ringar Del 8. Newtons ringar https://www.youtube.com/watch?v=pu-senfircs 48

Newtons ringar Newtons ringar kan användas för att studera ytan av linser till en mycket hög precision. Mellan varje mörk ring har avståndet (t) förändrats med en halv våglängd. Mörkt Ljust Mörkt Destruktiva reflektioner: 2 49 Icke-reflekterande beläggning Del 9. Icke-reflekterande beläggning 50

Icke-reflekterande beläggning Icke-reflekterande film n b <n a Fas skillnad = 0 Destruktiv reflektion: λ air λ film Film tjocklek: t = λ film / 4 Film brytningsindex: n film < n glass Destruktiv interferens = inga reflektioner n b <n a Fas skillnad = 0 51 Icke-reflekterande beläggning Våglängden i filmen måste alltså vara en fjärdedel av filmtjockleken: t = λ film / 4 λ air λ film Detta är inte samma våglängd som det inkommande ljusets, men den kan lätt beräknas: λ = ν / f för n > 1 λ 0 = c / f för n = 1 och n = c / ν = λ 0 / λ λ film = λ air / n film 52

Problem Del 10. Problem lösning 53 Problem Ett tunt lager av MgF 2 med n=1.38 stoppas på glas med n = 1.52 för att stoppa reflektionen av ljus med våglängden 550 nm. Hut tjockt behöver MgF 2 skiktet vara? λ film = λ air / n film = 550 nm / 1.38 = 400 nm Film tjocklek: t = λ film / 4 = 400 / 4 = 100 nm 54

DVD spelare Del 11. DVD spelare https://www.youtube.com/watch?v=vgxfffnqqnk 55 DVD spelare Principen för en DVD-spelare: destruktiv interferens Vid en kant får man destruktive interference = 1 Överallt annars bara reflektion = 0 56

DVD spelare 57 DVD spelare DVD Linser fotodiod Laser 58

Michelsons interferometer Del 12. Michelsons interferometer 59 Michelsons interferometer y Kompensator plattan kompenserar för detta Observatören ser ett interferensmönster med ringar. Ringarna i mönstret kommer att röra sig när spegeln flyttas. Antalet ringar (m) som passerar förbi kan användas för att beräkna y eller λ 60

Michelsons interferometer https://www.youtube.com/watch?v=j-u3iegctiq 61