MĚŘENÍ VLNOVÉ DÉLKY SVĚTLA Z OHYBU NA OPTICKÉ MŘÍZCE

Náplní této práce je měření vlnové délky světla z ohybu na optické mřízce. Měření obsahuje zpracování měřené veličiny a nakonec tabulku naměřených vzdáleností a jim odpovídajících vlnových délek a příslusných odchylek. 848j93i

Seznam symbolů a označení

N . počet čar (vrypů) na 1 cm

a . mřízková konstanta

a . úhel směru rovnobězných paprsků po průchodu optickou mřízkou

l . vlnová délka pouzitého světla

k . stupeň spektra (k = 0,1,2,3, ..)

Ohnisková vzdálenost PO (pomocného objektivu) . f =16,7 cm

Převrácená hodnota mřízkové konstanty . N = 300 vrypů / cm

Zadání problému

Změřte vlnovou délku světla z ohybu na optické mřízce.

Úvod do problematiky měřené veličiny

Ohybem nazýváme úchylku světla od přímočarého síření, je-li volné síření ruseno překázkami (drátem, stěrbinou, mřízkou apod.). Nejvýrazněji se projevuje ohyb na mřízce. Ohybová mřízka je řada rovnobězných stěrbin, jejichz vzdálenost a nazýváme mřízkovou konstantou. Místo veličiny a často pouzíváme její převrácené hodnoty N - počet čar (vrypů) na 1 mm.

Teoretický rozbor problému

Podle Huygensova principu vysílá kazdý bod, do něhoz dojde vlnění, kulovou vlnu. Dopadá-li rovinná vlna (rovnobězně se sířící paprsky) na mřízku pod úhlem e vychází z kazdého bodu jednotlivé stěrbiny mřízky světlo vsemi směry. Pro určitý směr a je velikost dráhového posuvu D mezi sousedícími paprsky rovna

Maximum intenzity nastane pro ten směr, pro který je dráhový rozdíl dvou paprsků vycházející ze sousedních stěrbin mřízky roven celistvému násobku vlnové délky l

, kde k = 0,1,2,. .

Pro kolmý dopad (e = 0) se tento vztah zjednodusí na

.

Ohybový obrazec mřízky se skládá z nultého maxima (k = 0), ve kterém nedochází pro slozené světlo k disperzi a na obou stranách se pak objeví maxima odpovídající k = 1,2,., různě polozená pro různé vlnové délky. Známe-li nyní úhel a, můzeme ze známé konstanty a, resp. N vypočítáme vlnovou délku l pouzitého světla.

Příprava měření

K měření pouzijeme sestavu postavenou na optické lavici, kde S je světelný zdroj, K kolimátor, M mřízka, PO pomocný objektiv a ST matnice s příčným posuvem, nebo měřítkem.

Kolimátorem K získáme rovnobězné paprsky, které necháme dopadnout na mřízku M. Vzniklé ohybové obrazce můzeme za mřízkou pozorovat dalekohledem zaostřeným na nekonečno a úhel a měřit úhloměrným zařízením spojeným s dalekohledem. Výhodnějsí je pomocí objektivu PO zobrazit ohybové obrazce na matnici ST, kterou umístíme v obrazovém ohnisku PO (spektrum vidíme ostře).

Objektiv PO umístíme na lavici co nejblíze mřízky, abychom dosáhli zobrazení největsího počtu maxim. Úhel a pak stanovíme ze vztahu   ; , kde d je vzdálenost jednotlivých maxim od nultého maxima a měříme ji pomocí mikrometrického posuvu matnice, f je ohnisková vzdálenost PO. Vypočítáme podle výse uvedených vztahů vlnovou délku pro kazdé maximum a stanovíme střední hodnotu. Postup opakujeme pro různé vlnové délky spektra pouzitého světelného zdroje.

Schéma měření:

Měřící přístroje a pomůcky:

Optická lavice s metrem

Hg výbojka

Startovací zařízení 

Kolimátor

Odečítací zařízení s měřítkem TAH 3

Drzák s čočkou

Drzák s optickou mřízkou

Stojánek posuvný

Stojánek kulatý

DN lampa

Zdroj DN lampy

Vlastní měření

Tabulka naměřených hodnot

1.5.Matematické zpracování výsledků měření

1.5. Zhodnocení měření komentáře

Zadáním měření bylo určení vlnové délky světla z ohybu na optické mřízce. Pomocí naměřených vzdáleností od nultého maxima byli zjistěny výse uvedeným výpočtem hodnoty vlnových délek, které jsou přehledně zpracovány ve výse uvedené tabulce. Vzhledem k tomu, ze měřené hodnoty od nulového maxima na pravé i levé straně se nelisili bral jsem při výpočtu v potaz jen pravou stranu od nulového maxima. Měřením bylo potvrzeno, ze zdrojem světla je skutečně Hg výbojka.