I. Giao thoa sóng ánh sáng và nêm không khí
Giao thoa sóng ánh sáng là hiện tượng xảy ra khi hai hoặc nhiều sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau, tạo ra các vân sáng và vân tối. Nêm không khí là một lớp không khí mỏng giữa hai bản thủy tinh, tạo thành một góc nhỏ. Khi ánh sáng đơn sắc chiếu vào nêm, hiện tượng giao thoa xảy ra, tạo ra các vân giao thoa song song với cạnh nêm. Hiệu quang trình giữa hai tia phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của nêm được tính bằng công thức: Δ = 2dn + λ/2, trong đó d là bề dày của nêm, n là chiết suất của không khí, và λ là bước sóng ánh sáng. Các vân sáng và vân tối xuất hiện khi hiệu quang trình là bội số nguyên hoặc bán nguyên của bước sóng.
1.1 Hiện tượng giao thoa trên nêm không khí
Khi ánh sáng đơn sắc chiếu vào nêm không khí, các tia sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của nêm giao thoa với nhau. Hiệu quang trình giữa hai tia phản xạ được tính bằng công thức: Δ = 2dn + λ/2. Các vân sáng xuất hiện khi Δ = kλ, và các vân tối xuất hiện khi Δ = (2k + 1)λ/2. Khoảng vân i, khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp, được tính bằng công thức: i = λ/(2α), trong đó α là góc nghiêng của nêm. Hiện tượng này được ứng dụng trong việc đo các góc nhỏ và nghiên cứu màu sắc ánh sáng.
1.2 Ứng dụng của giao thoa ánh sáng với nêm không khí
Giao thoa ánh sáng với nêm không khí có nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt trong việc đo lường các góc nhỏ và nghiên cứu màu sắc ánh sáng. Khi ánh sáng trắng chiếu vào nêm, các vân giao thoa xuất hiện với màu sắc rực rỡ, giúp phân tích các đặc tính quang học của vật liệu. Ngoài ra, hiện tượng này còn được sử dụng trong các thiết bị đo độ dày mỏng và kiểm tra chất lượng bề mặt vật liệu.
II. Vân tròn Newton
Vân tròn Newton là hiện tượng giao thoa ánh sáng xảy ra khi một thấu kính phẳng-lồi được đặt lên một tấm thủy tinh phẳng, tạo ra một lớp không khí mỏng giữa chúng. Khi ánh sáng đơn sắc chiếu vuông góc vào thấu kính, các vân giao thoa hình tròn xuất hiện. Hiệu quang trình giữa tia phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của lớp không khí được tính bằng công thức: Δ = 2d + λ/2, trong đó d là bề dày của lớp không khí. Các vân sáng và vân tối xuất hiện khi hiệu quang trình là bội số nguyên hoặc bán nguyên của bước sóng.
2.1 Hiện tượng vân tròn Newton
Khi ánh sáng đơn sắc chiếu vuông góc vào thấu kính phẳng-lồi đặt trên tấm thủy tinh, các vân giao thoa hình tròn xuất hiện. Hiệu quang trình giữa tia phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của lớp không khí được tính bằng công thức: Δ = 2d + λ/2. Các vân sáng xuất hiện khi Δ = kλ, và các vân tối xuất hiện khi Δ = (2k + 1)λ/2. Bán kính của vân sáng thứ k được tính bằng công thức: r = √(kλR), trong đó R là bán kính cong của thấu kính.
2.2 Ứng dụng của vân tròn Newton
Vân tròn Newton được sử dụng rộng rãi trong việc đo bán kính cong của thấu kính và kiểm tra chất lượng bề mặt vật liệu. Hiện tượng này cũng được ứng dụng trong các thiết bị quang học để đo độ dày mỏng và nghiên cứu các đặc tính quang học của vật liệu. Ngoài ra, vân tròn Newton còn được sử dụng trong việc hiệu chuẩn các thiết bị quang học và kiểm tra độ chính xác của các bề mặt quang học.
III. Thí nghiệm giao thoa ánh sáng
Thí nghiệm giao thoa ánh sáng là phương pháp quan trọng để nghiên cứu các hiện tượng giao thoa, bao gồm giao thoa với nêm không khí và vân tròn Newton. Trong thí nghiệm, ánh sáng đơn sắc được sử dụng để tạo ra các vân giao thoa rõ ràng. Các thí nghiệm này giúp xác định bước sóng ánh sáng, đo các góc nhỏ, và nghiên cứu các đặc tính quang học của vật liệu. Các kết quả từ thí nghiệm giao thoa ánh sáng có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như quang học, vật lý chất rắn, và công nghệ vật liệu.
3.1 Thí nghiệm giao thoa với nêm không khí
Trong thí nghiệm giao thoa với nêm không khí, ánh sáng đơn sắc chiếu vào một lớp không khí mỏng giữa hai bản thủy tinh. Các vân giao thoa xuất hiện song song với cạnh nêm, và khoảng vân được tính bằng công thức: i = λ/(2α). Thí nghiệm này giúp xác định góc nghiêng của nêm và nghiên cứu các đặc tính quang học của vật liệu. Kết quả từ thí nghiệm này có ứng dụng trong việc đo lường các góc nhỏ và kiểm tra chất lượng bề mặt vật liệu.
3.2 Thí nghiệm vân tròn Newton
Trong thí nghiệm vân tròn Newton, ánh sáng đơn sắc chiếu vuông góc vào thấu kính phẳng-lồi đặt trên tấm thủy tinh. Các vân giao thoa hình tròn xuất hiện, và bán kính của vân sáng thứ k được tính bằng công thức: r = √(kλR). Thí nghiệm này giúp xác định bán kính cong của thấu kính và nghiên cứu các đặc tính quang học của vật liệu. Kết quả từ thí nghiệm này có ứng dụng trong việc hiệu chuẩn các thiết bị quang học và kiểm tra độ chính xác của các bề mặt quang học.
