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5分でわかる!ヤングの実験

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この動画の要点まとめ

ポイント

ヤングの実験

波動29 ポイント1 全部 空欄埋める

これでわかる!
ポイントの解説授業
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波の性質 をもつことが知られています。しかし、光の波長は非常に短いため、19世紀までは光の波動性が証明されていませんでした。そんな中、1807年、狭いスリットを用いた実験で、光が波であることを証明したのが、イギリスの物理学者・ ヤング です。今回はヤングがどんな実験を行ったかについて解説していきます。

スクリーンに現れる明暗の干渉縞

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ヤングの実験で用いられたのは、次の図のような装置です。

波動29 ポイント1 図

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図の左端に光源があり、そこから光が送り出されています。光はスリット(すき間)S0を通ったあと、S0から等距離にあるスリットS1、S2に到達します。さらにS1、S2を通過した光はスクリーンに届くのですが、このとき スクリーン上に明暗の干渉縞 が現れるのです。

光の回折と干渉

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ヤングの実験では、波特有の2つの現象を確認することができます。

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1つ目は 回折 です。光はS0を通り抜けた後、直進するのではなくS1とS2に到達しましたね。これは光が S0を波源として同心円状に波が広がった からだと考えられます。狭いすき間を通るとき、波が障害物の背後にまわりこむように広がる現象を回折といいます。

波動29 ポイント1 図

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2つ目は 干渉 です。S1、S2を通過した光はスクリーンに届き、 明暗の干渉縞 をつくりました。スクリーン上で光が 強め合ったり、弱め合ったりする干渉 を起こしていると考えられます。

光の干渉の数式による証明

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光を波と考えた場合、本当にスクリーン上で強め合い・弱め合いが起こるのかを確認してみましょう。S1とS2の距離をd、2つのスリットから右にL離れた位置にスクリーンがあるとし、スクリーンの中心Oからxだけ離れた点Pにおける干渉の条件を考えます。

波動29 ポイント1 図

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S0から出た光の波は、回折によってS1、S2に届きます。 S0からS1、S2までの距離は等しいので、 同位相の波 が届きますね。したがって、S1、S2同位相の波 を送り出す2つの波源だと見ることができます。

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このとき、 スクリーン上の点Pにおける干渉の条件 は、 2つの波源との距離差|S1P-S2P|によって決まる ことになります。

波動29 ポイント1 図

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|S1P-S2P|の値は、上図で d,x,θの値が十分小さい ことを利用して求めましょう。 d,xの値が十分小さい ことから、S1PとS2Pは ほぼ平行とみなす ことができますね。したがって、|S1P-S2P|は下図の dsinθ とみますことができます。

波動29 ポイント1 図 追記 フォルダ内のPDF参照

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さらに、 θの値が十分小さい ことから、 sinθはtanθとほぼ等しい と近似することができます。つまり、
|S1P-S2P|
=dsinθ
≒dtanθ
= d×x/L

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d×x/L が光の半波長の偶数倍か奇数倍かで、スクリーン上の点Pでの干渉条件が定まることがわかりました。 光の半波長の偶数倍 ならば、 強め合い、明るくなる ということです。スクリーン上にできる明るい線を 明線 といいます。逆に 光の半波長の奇数倍 のときは、 弱め合い、暗くなる のです。このときできる暗い線を 暗線 といいます。

波動29 ポイント1 クマさんのまとめ 空欄埋める

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

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