Analisi di un fenomeno di interferenza della luce

ANALISI DI UN FENOMENO DI INTERFERENZA DELLA LUCE

Scopo: verificare le caratteristiche fondamentali di una figura di  

interferenza e anche calcolare la lunghezza d'onda.

Materiali:

Laser

Schermo con doppia fenditura

Schermo

Metro

Premesse Teoriche:

inversione di popolazione:

Normalmente i livelli energetici più elevati sono anche quelli meno popolati. Se io ho due livelli energetici nel primo gli elettroni saranno di più di quelli del secondo. E l'inversione di popolazione avviene quando: in certi materiali abbiamo 3 livelli atomici se gli mando dei fotoni di energia pari al dislivello 1,3 gli elettroni vanno dal livello 1 al livello 3 e dopo non tornano subito indietro si fermano prima al livello 2. Il livello 2 è un livello metastabile in cui gli elettroni si fermano per un po' di tempo e quindi si crea un accumulo di elettroni. E quindi avviene l'inversione infatti il livello 1 perde elettroni il livello 2 gli acquisti e infatti al livello 2 ci saranno più elettroni.

In queste condizioni della inversione di popolazione avviene un altro fenomeno quello della emissione stimolata di fotoni.

In cui mando su questo materiale (quello del laser) dei fotoni di energia pari al dislivello 1,2 ; la presenza di questi fotoni stimola gli elettroni a passare dal livello 2 al livello 1.

In questo passaggio da 2 a 1 gli elettroni cedono energia sotto forma

di fotoni e di conseguenza avviene una moltiplicazione di fotoni.

Per ampliare questo effetto sulle estremità del mio materiale metto degli specchi al primo passaggio i fotoni da uno diventano due. Questi due fotoni arrivano allo specchio e vengono riflessi, quindi tornano sullo stesso materiale e quindi vengono moltiplicati e diventano quattro questi vengono riflessi dall'altro specchio e diventano otto e così; si avrà sempre una moltiplicazione di fotoni. Il secondo specchio non è perfettamente riflettente, lo è al 99% infatti una piccola parte di luce passa. Quelli che riescono a passare hanno tutti la stessa direzione e quindi il fascio di luce non si allarga, l'energia del fascio laser non si allarga e si accumula in una piccola regione questa energia che si accumula è molto potente e può fare danno.

v    nella nostra esperienza il raggio laser deve attraversare una doppia fenditura, ciascuna di queste fenditure si comporta come una sorgente di onda luminosa e con due fenditure abbiamo due sorgenti che si incontrano e interferiscono tra di loro. Se l'interferenza è costruttiva sullo schermo apparirà una zona luminosa, se l'interferenza sarà distruttiva sullo schermo apparirà una zona buia.

Laser: acronimo dell'inglese Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione), il laser è uno dispositivo che amplifica la luce producendo fasci luminosi monocromatici e coerenti, con frequenze dall'infrarosso all'ultravioletto, e recentemente anche nella gamma dei raggi X.

Procedimento:

montare il laser, lo schermo con doppia fenditura e lo schermo nella giusta posizione.

Rilevare le distanze fra un massimo e quello successivo ( H ).

Rilevare la distanza tra lo schermo con doppia fenditura e lo schermo ( d ).

Rilevare la distanza tra i centri delle due fenditure ( a )

Con questi dati calcolare con una formula la lunghezza d'onda     ( λ ).

Confrontare la misura della lunghezza d'onda teorica  ( λ_t ) con quella sperimentale ( λ_s ) e calcolare il margine di errore.

Conclusione:

In conclusione siamo riusciti a individuare le caratteristiche fondamentali di una figura di interferenza e calcolare la lunghezza d'onda la  cui percentuale di errore che c'è fra il dato teorico e quello sperimentale è dello 0,5%.

Interferenza

Fenomeno che si verifica quando due o più onde si sovrappongono o si intersecano. L'ampiezza di vibrazione dell'onda risultante dipende dalla frequenza, dalla fase relativa (posizioni relative delle creste e dei ventri) e dalla ampiezza stessa delle onde che interagiscono . Il meccanismo dell'interferenza modifica sostanzialmente il carattere dei fenomeni ondulatori originari: si dice che in un punto è avvenuta interferenza costruttiva  se in quella determinata posizione si sono sovrapposte due onde della stessa frequenza e fase, ovvero in modo che le creste e le valli coincidano e possano sommarsi. In questo caso le onde originarie si rinforzano reciprocamente, e formano un'onda la cui ampiezza è somma delle ampiezze delle onde componenti. Si parla invece di interferenza distruttiva quando due onde aventi la stessa frequenza sono in opposizione di fase, ovvero quando le creste dell'una si sovrappongono ai ventri dell'altra. In questo caso le due onde si annullano reciprocamente. La sovrapposizione di onde, aventi diverse frequenze o fasi diverse, dà luogo a figure di interferenza più complesse.

Il fenomeno dell'interferenza si manifesta con vari tipi di onda, meccanica, sonora, elettromagnetica. Gli effetti possono essere, ad esempio, la modifica dell'ampiezza di oscillazione in una corda, l'alterazione del suono percepito, con bande di silenzio che non sarebbero altrimenti presenti, la formazione di zone d'ombra e di luce, le cosiddette "frange di interferenza".