Bài giảng Dao động và Sóng (Phần 12) pps

Bài giảng Dao động và Sóng (Phần12) 4.3 Các hiệu ứng giao thoa Nếu bạn nhìn vào mặt trước củamộtcặp ống nhòm chất lượng cao, bạn sẽ để ý thấy mộtlớp phủ màu hơi xanh trêncác thấu kính. Ở đây rõ ràng sự phản xạ là không ai trôngđợi – chúngtamuốnánh sángđi vào trongốngnhòm– nhưngtừ trướcđến giờ tôi đã mô tả sự phản xạ là một hiệu ứngkhôngthể thay đổi của tự nhiên,chỉ tùy thuộcvào tính chất của haimôi trườngsóng. Lớp phủ ngoài không làm thay đổi tốc độ ánh sáng trong không khí haytrongthủy tinh,vậylàm thế nào nó có thể hoạt động ? Vấn đề là bản thân lớp phủ ngoài là mộtmôi trườngsóng. Nói cách khác, chúng ta có balớp sandwich vậtliệu: không khí, lớp phủ ngoài, và thủy tinh.Chúngta sẽ phân tích cách thứclớp phủ ngoài hoạt động,không phải vì các lớp phủ quanglàmột phần quan trọngcủa chương trình học củabạn, mà vìnó mang lạimộtví dụ tốt chonhững hiện tượng chungcủa các hiệu ứnggiaothoa sóng. Có hai mặt tiếp giáp khác nhaugiữa các môi trường: một ranhgiới không khí-lớp phủ vàmột ranh giới lớp phủ-thủy tinh. Để cho dễ hìnhdung, hãy bắt đầu bằngcách xétmột hệ tươngđươnggồm ba đoạn dây không giống nhaubuộc lại với nhau,và một dạngsóng lúc banđầu gồm một xungđơnlập. Hìnhl/1cho thấy xungtới chuyển động quasợi dây nặng, trongđó vận tốc của nó thấp. Khi nó đi tới sợi dây nhẹ hơnở chính giữa,một môi trường nhanh hơn, nó bị phản xạ một phần và mộtphần truyền qua. (Xung truyền qua lớn hơn, tuy vậy nó chỉ có một phần của năng lượngban đầu) Xung truyền qua bởi ranh giới thứ nhất sauđó bị phản xạ một phần và một phần truyền qua bởi ranhgiớithứ hai, 3. Tronghình4, hai xung trên đườngtruyền trở về bên trái, và một xung tiến sang bên phải. (Vẫncó một xungyếu bắtgiữa hairanh giới, và xung này sẽ chạy tớilui, nhanh chóng yếu đi rất nhiều để pháthiện vì nóthấtthoát năng lượng rabênngoài với từng sự phản xạ một phần). Hãy lưu ý làm thế nào, trong hai xung phản xạ ở hình 4, một xungbị lộn ngược và một xungkhônglộn ngược. Một xungchịu sự phảnxạ tại ranh giới thứ nhất (phản xạ trở vàomôitrường chậm hơnkhôngbị lộnngược), còn xung kiabị phản xạ tại ranh giới thứ hai (phản xạ trở lại môi trườngnhanh hơn bị lộn ngược). Bây giờ hãy tưởng tượngchuyện gì sẽ xảy ra nếu như dạngsóngtới làmột đoàn sóngsin dài thay vì một xung đơn lẻ. Hai sóngđầu tiên xuấthiện trở lại về bên trái có thể cùng pha, m/1, hoặc ngược pha,2, hoặc bất kì trường hợp nào giữa hai trường hợpđó. Lượngtrễ pha giữa chúng tùy thuộc hoàn toàn vào chiều rộng của đoạn dây chính giữa. Nếu chúng ta chọnchiều rộng của đoạn dây chínhgiữa hợp lí, thì chúngta có thể sắp xếp cho sự giao thoatriệt tiêu xảy ra, 2,với sự khử nhau manglại một sóng phản xạ rất yếu. Toàn bộ phântích nàyáp dụngtrực tiếp cho trường hợp banđầu của chúng ta về các lớptránh quanghọc.Ánh sángkhả kiến phát ratừ đa số các nguồn thật sự gồm mộtdòng của các đoàn sóng dạng sin ngắn như sóng đã vẽ ở hìnhbên.Sự khác biệt thật sự duy nhấtgiữaví dụ sóngtrên sợi dâyvà trườnghợp lớp tráng quanghọc làmôi trườngthứ nhất và thứ balà không khívà thủytinh, trongđó ánh sáng không có vậntốc bằng nhau. Tuynhiên, kết quả nói chung làkhôngđổi chừng nào màkhôngkhí và thủy tinh cótốc độ sóng ánh sáng đều lớn hơn tốcđộ ánh sáng của lớp tráng hoặc đềunhỏ hơn tốc độ ánh sángcủa lớp tráng. Kinhdoanh cáclớp tráng quang họchóa ralà mộtcôngviệc rấtbí quyết, với vô số bí mậtthương mại và cáckĩ thuật “thần kì đen tối” trao tay từ ôngchủ tới kẻ học nghề. Tuy vậy, các ý tưởng mà bạnđã học được về sóng nói chung là đủ để cho phép bạn đi đến mộtsố kết luận rõ ràng mà không cần đếnbấtcứ kiến thức kĩ thuật nào khác. Các câu hỏi tự kiểm tra vàcâu hỏi thảo luận (J)sẽ hướng bạn theo những dòng suy nghĩ này. Ví dụ về một lớp tráng quanglà tiêu biểu cho sự đa dạng của các hiệu ứng giao thoasóng. Với một chút hướngdẫn, giờ thì bạn đã sẵn sàng tự tìm hiểu những ví dụ khác như hình ảnh cầu vồngtạo ra bởimột đĩacompact, một lớpdầu trên vũng nước, hay một bong bóng xà phòng. k/ Nhìntừ góc độ này, lớp phủ quang ngoài trên các thấu kính của cái ống nhòm này có vẻ màu tía vàxanhlá. (Màu sắc thay đổi tùy thuộc vào góc độ nhìn lớp phủ ngoài, và gócnhìn thayđổi qua khắp mặt của cácthấu kính dosự cong của chúng) l/ Một sợidây gồm ba đoạn, đoạn chínhgiữa nhẹ hơn. m/ Haisóng phản xạ, chồng lên nhau. Một sóngphản xạ bị lộn ngược. n/ Bongbóngxà phòngbiểu hiện hiệu ứng giao thoa 1. Màu sắc tương ứng với bước sóng củacác sóng ánh sáng.Hỏi ngườita có thể chọn chiều dày cho mộtlớp tráng quangsẽ tạo ra sự giaothoa triệt tiêu đối với tất cả màusắc của ánh sáng haykhông ? 2. Làm thế nào bạn có thể giải thích các màu cầu vồngtrênbọt xà phòng trong hìnhn? A. Có thể nào thu được sự giao thoa triệt tiêu hoàn toàn trongmột lớp tráng quang,ít nhất là đối với ánh sáng cómột bước sóng nhất định nàođó, haykhông? B. Ánh sáng Mặttrời gồmcác đoànsóng dạng sin chứa trên bậc một trăm chu kì,đốivới chiều dài cỡ một phần mười của milimet. Điều gì xảy ra nếu bạn thử chế tạo một lớp tráng quang dày hơn chiều dài này ? C. Giả sử bạn lấy hai miếng bản soikínhhiển vi và đặt miếngnày chồnglên miếng kiasaocho mộttrongcác gờ của nó nằm trên gờ tươngứng củamiếng kia. Nếu bạn chèn mộtmảnh giấy hay một sợi tóctại đầu đốidiện,thì một lớpkhông khí hìnhnêm sẽ tồntại ở chính giữa, vớibề dày thayđổi đều từ đầu này sangđầu kia. Bạn sẽ muốn trông thấy điều gì nếu các bản soi được chiếu sáng từ phía trên bởi ánhsángthuộc một màu đơn sắc ? Cái bạn nhìn thấy này sẽ thay đổi như thế nào nếu bạn nângphía đầu thấp của bản soi phía trên lên chođến khicuối cùng hai bản soi song song nhau? D. Một quansát giốngnhư kiểu vừa mô tả trong câu hỏi thảo luận trên đã được Newton sử dụng làm bằng chứng chống lại lí thuyếtsóng củaánhsáng! Nếu như Newton không biết gì về sự phảnxạ lộn ngượcvà không lộn ngược,thì cái gì sẽ dường như không thể nào giải thích được đối với ông về chỗ nơi lớp không khí có bề dày zerohoặc gần như zero ? . Bài giảng Dao động và Sóng (Phần1 2) 4.3 Các hiệu ứng giao thoa Nếu bạn nhìn vào mặt trước củamộtcặp ống nhòm chất lượng cao, bạn sẽ để. các đoàn sóng dạng sin ngắn như sóng đã vẽ ở hìnhbên.Sự khác biệt thật sự duy nhấtgiữaví dụ sóngtrên sợi dâyvà trườnghợp lớp tráng quanghọc làmôi trườngthứ nhất và thứ balà không kh và thủytinh,. chínhgiữa nhẹ hơn. m/ Haisóng phản xạ, chồng lên nhau. Một sóngphản xạ bị lộn ngược. n/ Bongbóngxà phòngbiểu hiện hiệu ứng giao thoa 1. Màu sắc tương ứng với bước sóng củacác sóng ánh sáng.Hỏi ngườita