آزمایشگاه خانگی لیزر - آیا نور موج است؟

آزمایشگاه خانگی لیزر | آیا نور موج است؟

در این نور بازی، با وسایل اولیه ی یک آزمایشگاه خانگی لیزر ، می خواهیم نشان دهیم که نور خاصیت موجی دارد یا خیر؟

دانش آموزانِ کنجکاو با یک سری از وسایل ابتداییِ آزمایشگاه خانگی و یک اتاق تاریک می توانند این آزمایش جذاب را خودشان به تنهایی انجام بدهند.
در این نور بازی، خواص موجی نور مثل تداخل و پراش بررسی می شوند.

وسایل مورد نیاز آزمایشگاه لیزر خانگی

لیزر پوینتر قرمز معمولی
نوار چسب (چسب برق)
قیچی
تیغ صورت تراشی
صفحه یا پرده نمایش (دیوار)

گیره لباس
اسلاید یا قاب نگهدارنده
پین

وسایل مورد نیاز آزمایشگاه خانگی لیزر

احتیاط کنید!

نور لیزر را به طور مستقیم به چشم کسی نتابانید.
هنگام کار با تیغ، مواظب باشید تیزیِ آن به شما آسیب وارد نکند.

آزمایش 1: پراش نور از تک شکاف

فرض کنید نور یک موج است.
پدیده ای را که نور در مواجهه با یک روزنه یا شکاف بسیار نازک تجربه می کند؛ پراش نام دارد.
برای بررسی این پدیده با ما همراه باشید.

ابتدا با قیچی، تیغ را از پهنا به دو قسمت مساوی تقسیم کنید.

تیغ از وسط به دو نیم تقسیم می شود.

سپس، طرفینِ هر تیغ را با قیچی برش دهید تا به طول مناسب برسد.
منظور از طول مناسب، ابعاد قاب نگهدارنده است که قرار است تیغ بر روی آن سوار شود.

از کناره برش دهید تا به اندازه مطلوب برسد – آزمایشگاه خانگی لیزر

تیغ ها رو طوری روی اسلایدر قرار دهید که لبه های صاف آنها روبروی هم باشند.
حالا نوبت استفاده از نوار چسب است.
با چسب، بالا و پایین تیغ ها را به قاب نگهدارنده بچسبانید تا محکم شود.
یک فاصله 1 میلیمتری بین دو تیغ باقی بگذارید.

چسب کاری تیغ ها به قاب نگهدارنده
شکاف میلیمتری آماده شده است.

اَرّابه های آتش را بیاورید!

شلیک لیزری به سمت شکاف میلیمتری

وقتِ آتش کردن به سمت هدف است.
اَلاین کردن یا مسیردهیِ درستِ نور لیزر در آزمایش های اُپتیکی بسیار مهم است.
اَلاین کردن نور در این آزمایشگاه خانگی لیزر به این معنا است که نور لیزر را طوری جهت دهی کنیم که از شکاف میان تیغ ها عبور کند.
در این قسمت بایستی با استفاده از چند گیره لباس، پایه ای برای لیزر پوینتر درست کنید.
با یک عدد گیره هم اسلاید حاوی تیغه ها را ایستاده نگه دارید.

فاصله روزنه از دیوار یا صفحه نمایش باید حدود 2 متر باشد.
در این آزمایش، با تغییر شکاف می توان نتایج را مشاهده کرد.
نتایج آزمایش ها در انتهای آخرین نور بازی آورده شده است.

آزمایش 2: تداخل نور از دو شکاف

همانند آزمایش قبلی، تیغ ها را از وسط ببرید.
سپس آنها را برای رسیدن به طول مناسب بُرش دهید.

مانند قبل، تیغ را از وسط نصف کنید

در این آزمایش برخلاف بخش اول، باید دو شکاف ایجاد کنیم.
بنابراین لازم است سر پین ها را قطع کنیم.
منظور از پین، یک سوزن سر گِرد است.

سر پین را جدا کنید.

درست همانند آزمایش شماره یک، دو تیغ را با فاصله حدود 2.5 میلیمتر بر قاب بچسبانید.
پین را نیز بین شکاف قرار دهید. عرض دو شکافی که پین درست می کند 0.8 میلیمتر است.

پین را در وسط فضای خالی بین دو تیغ بچسبانید.
ایجاد دو شکاف با عرض 0.8 میلیمتر – آزمایشگاه خانگی لیزر

به همان ترتیبِ آزمایش قبل، لیزر پوینتر را توسط گیره ها در جای خود محکم می کنیم.
حال، نور لیزر باید از میان این دو شکاف عبور کند!

لیزر را به دقت الاین کنید و پرده را در فاصله 2 متر از شکاف قرار دهید.

آزمایش 3 آزمایشگاه خانگی لیزر: پراش نور از یک مانع

در این بخش، نور لیزر قرار است به یک مانع ( در اینجا پین) برخورد بکند.
بنابراین ابتدا سرِ پین را با قیچی جدا بکنید.
حال با کمک چسب، آن را به وسط اسلایدر بچسبانید.

برای ایجاد مانع، سر پین را قطع نمائید.
پین را با چسب به وسط قاب بچسبانید.

مانع را به فاصله 2 متری از دیوار یا صفحه نمایش قرار دهید.
سیستم لیزری، آماده شلیک نور است تا مانع عمودی را هدف قرار دهد.

لیزر پوینتر را در جهت برخورد به مانع قرار دهید.

نتایج آزمایش اوّل – آزمایشگاه خانگی لیزر

طرح پراش از تک شکاف – آزمایشگاه خانگی لیزر

همین طور که در تصویر می بینید، نور لیزر بعد از عبور از تک شکاف به این صورت بر پرده نمایش ظاهر می شود.
این طرح به اصطلاح، طرح پراش نامیده می شود.
پراش از خصوصیات موج است و تشکیل طرح پراش نشان از ماهیت موجی نور لیزر دارد.

طرح پراش حاصل از تک شکاف با عرض بیشتر!

این تصویر نیز مربوط به طرح پراش نور از تک شکاف است.
اگر دقت کنید عرض لکه مرکزی در اینجا نسبت به تصویر قبلی بیشتر است.
افزایش پهنای شکاف منجر به افزایش عرض لکه مرکزی شده است.
در تصاویر زیر، الگوهای پراش مربوط به روند افزایشی پهنای شکاف دیده می شود.

هر چه شکاف پهن تر، عرض لکه بیشتر
دستیابی به بیشترین حد کشیدگی لکه مرکزی با پهن شدگی ماکسیمم شکاف

لکه مرکزی درخشندگی بیشتری نسبت به لکه های مجاور دارد.
هر چه از مرکز دور می شویم از شدت نور کاسته می شود.

نتایج آزمایش دوم – تداخل دو شکاف

تشکیل طرح تداخلی – عبور نور از دو شکاف

یکی دیگر از خواص امواج، تداخل است. ذره ها با هم برخورد می کنند اما امواج با هم تداخل می کنند.
تداخل می تواند سازنده یا افزایشی باشد و ممکن است تداخل غیر سازنده، کاهشی و میرا باشد.
تشکیل طرح تداخلی یکی دیگر از نمادهای وجود موج است؛ بنابراین تصویر بالا، نشان از خاصیت موجی نور دارد.

اگر به تصویر طرح تداخلی دقت کنید، نوارهای قرمز رنگ موازی و هم ارتفاع که با فاصله مساوی از هم قرار دارند می بینید.

در اینجا نیز بیشترین سهم از شدت نور متعلق به بخش مرکزیِ طرح تداخلی است.
هر چه از مرکز به سمت کناره ها حرکت کنیم؛ از وضوح و رزولوشنِ طرح تداخلی کاسته می شود.

نتایج آزمایش سوم – پراش نور از تک مانع

طرح پراش نور از تک مانع – آزمایشگاه خانگی لیزر
نقاط هم تراز، هم اندازه و هم نور در طرح پراش از تک مانع

طرح پراش زیبایی تشکیل شده است و الگو تا فواصل بیشتری امتداد دارد.
در اینجا نیز رویه قبل تکرار می شود. شدت نور در مرکز متمرکز و با فاصله از آن کمتر می شود.

هدف از اجرای این آزمایش ها، اثبات ماهیت موجی نور بود.
شما هم می توانید با وسایل ساده آزمایشگاه خانگی لیزر این نور بازی را انجام دهید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *