Vật lí đại cương tập ba phần 2

Trong phần này của giáo trình chúng ta sẽ nghiên cứu các hiện tượng quang học — nhằm hiểu rõ bản chất của ánh sáng, đồng thời giáo trình cũng sẽ cung cấp những kiến thức cần thiết về việ

A - QUANG HỌC

Quang học là môn học nghiên cứu về ánh sáng

Trước công nguyên một số nhà triết học cổ Hy Lạp cho rằng, sở

dĩ chúng ta nhìn thấy vật là do từ mắt ta phát ra những "tia nhìn" đến đập lên vạt Tuy nhiên cũng đã có một số triết gia khác cho rằng ánh sáng xuất phát từ vật phát sáng

Vào cuối thế kỉ XV II Niutơn (Newton) dựa vào tính chất truyền thẳng của ánh sáng đã đưa ra thuyết hạt vể ánh sáng Theo Niutơn ánh sáng là một dòng các hạt bay ra từ vật phát sáng theo các đường thẳng Cùng thời gian đó Huyghen (Huygens) lại đưa ra thuyết sóng

về ánh sáng Theo ông, ánh sáng là sự truyền những dao động đàn hổi trong một môi trường gọi là "ête vũ trụ" Do uy tín khoa học của Niutơn nên thế kỉ X V III là thời kì thống trị của thuyết hạt về ánh sáng Tuy nhiên vào đầu thế kỉ X IX trên cơ sở các giả thuyết sóng về ánh sáng, Frenen (Fresnel) đã giải thích đầy đủ các hiện tượng quang học được biết thời đó Kết quả là thuyết sóng được mọi người công nhận và thuyết hạt hầu như bị lãng quên Sau khi thuyết điện từ của Macxoen (Maxwell) ra đời (1864) người ta đã chứng minh được rằng ánh sáng là các sóng điện từ có bước sóng từ 0,4pm đến 0,75pm.Vào cuối thế kỉ X IX và đầu thế kỉ X X hàng loạt sự kiện thực nghiệm đã chứng tỏ rằng mọi vật phát xạ hay hấp thụ ánh sáng theo những lượng gián đoạn mà độ lớn của chúng phụ thuộc vào tần số ánh sáng Điểu đó lại dẫn đến khái niệm hạt ánh sáng : ánh sáng gồm một dòng các hạt gọi là các nhôtôn Sự phát triển của vật lí về sau đã chứng íỏ rằng ánh sár.g vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt Trong một số hiện tượpg như giao thoa, nhiễu xạ, phân cực, ánh sáng thê hiện tính chất sóng ; còn trong một sô hiện tượng khác như hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Comtơn (Compton), ánh sáng lại thê hiện tính chất hạt

3

Trong phần này của giáo trình chúng ta sẽ nghiên cứu các hiện tượng quang học — nhằm hiểu rõ bản chất của ánh sáng, đồng thời giáo trình cũng sẽ cung cấp những kiến thức cần thiết về việc ứng dụng những định luật quang học trong kĩ thuật và đời sống.

Chương 1

C ơ S ỏ CỦA QUANG HÌNH HỌC.

CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG

Trong thực tế có nhiều hiên tượng quang học, đặc biệt là hoạt động cùa các dụng cụ quang học có thể được nghiên cứu xuất phát

từ khái niệm về các tia sáng Phần quang học dựa trên khái niệm đó gọi là quang hình học Dựa vào các định luật cơ bản về các tia sáng, quang hình học giúp chúng ta nghiên cứu sự tạo thành ảnh trong các dụng cụ quang học một cách dơn giản

§1.1 CÁC ĐỊNH LUẬT c ơ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC

Quang hình học dựa'trên bôn định luật cơ bản sau đây :

1 Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng

Định luật này được phát biểu như sau : Trong một m ôi trường trong suốt đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thong

Khi nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ ta sẽ thấy định luật này có giới hạn ứng dụng của nó LÍIC ánh sáng truyền qua những lỗ thật nhỏ hoặc gặp những chướng ngại vật kích thước nhỏ vào cỡ bước sóng ánh sáng thì định luật trên không còn đúng nữa.

2 Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng

Định luât này được phát biểu : T ác dụng cùa cá c chùm súng kh ác nhau thì đ ộ c lập với nhau, nghĩa là tác dụng củ a một chùm súng này không phụ thuộc vào sự c ó mặt hay không củ a c á c chùm sáng khác.

3 Hai định luật của Đẻcac (Descartes)

Thực nghiệm xác nhận rằng khi một tia sáng OI tới mặt phân

cách hai mồi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng thì tia sáng

bị tách thành hai tia : tia phản xạ IRỵ và tia khúc xạ ỈRn (h ỉ-1 )

Chúng tuân theo hai định luật sau đây :

a) Định luật Đ êca c thứ nhất : T ia phản xạ nằm trong mặt phan g tới (tức là mật phẳn g chứa tia tới và p h áp tuyến ỈN) và g óc tới hằng

n2ilà một số không đổi phụ

thuộc vào bản chất của hai môi

trường và được gọi là chiết suất

tỉ đ ối của môi trường 2 đối với

môi trường 1 H 1-1 Định luật phản xạ và định luật khúc xạ

5

Nếu nộ] > 1 thì iọ < i], tia khúc xạ gập lại gần pháp tuyến và

môi trường 2 được gọi là ch iết quang hơn môi trường 1 Ngược lại

nếu n -)Ị < 1 thì i2 > i], tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn và môi

trường 2 kém ch iết quang hơn mồi trường 1.

c ) C hiết suất tỉ đ ố i và ch iết suất tuyệt đ ối : Nếu gọi Vị và Uọ là vận tốc ánh sáng trong mỏi trường 1 và 2 thì thực nghiệm chứng tỏ :

Với : nước - không k h í: n2] = 1,33,

thuỷ tinh - không k h í: n2Ị = 1,52

Ngoài chiết suất tỉ đối, người ta còn định nghĩa chiết suất tuyệt

đ ố i của một môi trường Theo định nghĩa ch iết suất tuyệt đ ổi củ a

m ột m ôi trường ì à ch iết suất tỉ đ ối củ a m ôi trường đ ó đối với chân không Nếu gọi V ỉà vận tốc ánh sáng trong môi trường, c là vận tốc

ánh sáng trong chân không và n là chiết suất tuyệt đối của môi trường thì cãn cứ vào (1—3) ta có :

Đối với không khí v = c nên n = 1

So sánh với kết quả thu được khi nghiên cứu vạn tốc truyền sóng điện từ, ta thấy :

Nếu mỏi trường thứ nhất là không khí thì n] ss 1 và n9Ị = n

Do đó có thể coi chiết suất tuyệt đối của một mồi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với không khí

cl) Dạng đ ối vửỉìỉỊ rú a (ĩịiìh luật Đ cca c : Từ (1 -2 ) và (1 -5 ) có

(ỉ) Hiện tượng phản vợ toàn phần - Xét hai môi trường 1 và 2

Nếu n9Ị > 1 thì ¡9 < ij và mọi tia urỉ đều cho tia khúc xạ, ví dụ

trường hợp ánh sáng đi từ không khí vào nước (h l-2 a ) Nếu tt 9Ị < 1

thì ¡9 > ij và khổng phải mọi tia tới đều cho tia khúc xạ Vì góc khúc

71

xạ I9 chỉ có thê < — do đó, chỉ những tia tới nào mà góc tới ÍỊ ứnụ

với góc khúc xạ i2 < mới cho tia khúc xạ Gọi i|max là góc tới

/

ánh sáng phải truyền từ mồi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất bé, đồng thời góc tới phải lớn hơn i|max ; i Ịmax

được gọi là g ó c tới ỳ ớ i hạn V í dụ trong trường hợp ánh sáng truyền

từ nước ra không khí thì ilmax = 49°

Hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần có nhiều ứng dụng trong thực tế.Trong thiên vãn học khi xác định vị trí của các ngôi sao cần phải xét đến sự khúc xạ của ánh sáng qua các lớp không khí Chúng

ta biết rằng chiết suất của không khí phụ thuộc mật

độ của nó và thực nghiêm

H 1- 3 Độ cao quan sát và độ cao thực

của ngồi sao chứng tỏ hiệu sô n ^ — 1 tỉ

lệ với mật độ Càng lên cao mật độ không khí càng giảm và do đó chiết suất của không khí cũng bị giảm theo Tia sáng xuất phát từ

một ngôi sao nào đó không ờ đỉnh đầu đi đên Trái Đất qua các lớp

không khí với chiết suất tăng dần sẽ bị cong đi (hình 1 -3 , trên hình

vẽ đó để dễ hình dung khí quyển được chia thành các lớp mỏng bề dày Ah) Kết quả là vị trí quan sát được của ngôi sao ở cao hơn vị trí thực Một ngôi sao ở đường chân trời, do hiện tượng khúc xạ ánh sáng, bị nâng lên một góc cỡ 36'

Các ảo ảnh quan sát được' trong các vùng sa mạc hay đồng cỏ cũng được giải thích dựa trên hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn

phần (h 1 -4 ) Nhờ sự uốn cong của tia sáng nên một số vật ở khuất

xa dưới đường chân trời sẽ được nhìn thấy và hình như ở gần người quan sát hơn

Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng để đổi chiều tia sáng trong các dụng cụ quang học Chiết suất của nhiều loại thuỷ tinh vào cỡ 1,5 Vì vậy góc tới giới hạn trên biên giới thuỷ tinhkhông khí cỡ 42° và khi góc tới bằng 45° sẽ luôn luồn xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần

Hình 1 -5 biểu diễn các lăng kính phản xạ toàn phần Trong trường hợp a) ảnh và phương truyền của ánh sáng bị quay đi một góc 90°

do phản xạ toàn phần tại mặt đáy của lăng kính Trong trường hợp b) ảnh và phương truyền của ánh sáng bị đổi chiều do hai lần phan xa toàn phẩn trên hai mặt bên của lăng kính

B , N

c)

xạ toàn phần

H 1-5 C ác lăng kính phản

Trong trường hợp b) ảnh và phương

truyền của ánh sáng bị đổi chiều do hai

lần phản xạ toàn phần trên hai mạt bên

của lăng kính Trong trường hợp c) ảnh

cũng bị đổi chiều do phản xạ toàn phần

ở mặt đáy của lăng kính nhưng chiều

truyền của ánh sáng lại không đổi

Hình 1 -6 biểu diễn sơ đồ của một

loại ống nhòm dùng quan sát những vật

bị che khuất, về nguyên tắc có thể dùng

hai gương phẳng đặt nghiêng 45° đổ

thay các lăng kính phản xạ toàn phần H 1-6 Ống nhòm quan sát các vật bị che khuất

9

Tuy nhiên khi phán xạ từ gương kim loại một phần ánh sáng xuyên vào kim loại và bị hấp thụ ¿rong đó Khi dùng lãng kính phản

xạ toàn phần sự mất mất đó khống xảy ra Ngày nay hiện tượng phản

xạ toàn phần còn được ứng dụim trong cáp sợi quang

trong đó V là vận tốc ánh sáng trong môi trường

Ngườ' ta định nghĩa : quang lộ giữa h ai điểm A, B là đoạn đường ánh sán v truyền dược trong chán không trong khoản g thời gian t, trong d ó t là khoản g thời gian mà ánh sáng di dược doạn dường AB trong m ôi trường Gọi L ỉà quang lộ giữa hai điểm A, B ta có

từ điểm này đến điểm khác (h l- 7 c ) thì ta chia đoạn đường thành

cấc đoạn nhỏ ds để chiết suâ't coi như không đổi trên mỗi đoạn nhỏ

và quang lộ g-iữa hai điểm A và B là :

H i- 7 Khái niệm về quang lộ

2 Nguyên K Fecma (Fjermat)

a) Phút hiểu : Khi nghiên cứu về sự truyền ánh sáng, Fecma tìm

ra nguyên lí sau : Giữa h ai điểm AB, ánh sám Ị s ể truyền th eo con đường n ào m à quang ìộ ỉà cực trị (cực cíại, cực tiểu h o ặ c không dổi).

Căn cứ vào (1 -9 ) ta có thể phát biểu : Giữa hai điểm AB, ấnh sáng sẽ truycn theo con đường nào hoặc mất ít thời gian nhất, hoặc mất nhiều thời gian nhất, hoặc sẽ truyền theo những con đường mà thời gian truyền bằng nhau

h) Sự tương dương giữa nguyên ỉ í F ecm a và c á c định luật Đ êca c :

Nguyên lí Fecma là một dạng phất biểu tương đương của định luật Đêcac Ta hãy xét sự tương đương này

- Sự tương dương của nguyên lí P ecm a với dinh luật phản xạ Xét

hai điểm A, 3 nằm phía trên mặt phản xạ X (h l-8 a ) Gọi AIB là con

đường ánh sán?: truyền từ A đến B Cã! 1 cứ vào định luật phản xạ thì

ij = ¡V

11

AI + IB < AI' + I'B (1 -1 3 )Nhân hai vế với chiết suất n của môi trường, ta có :

nghĩa là ánh sáng truyền theo con đưòng mà quang lộ cực tiểu.

Ta lại xét một mặt elipxôit tròn xoay quanh trục FjF 2 có phíatrong phản xạ ánh sáng, và có hai tiêu điểm F j, F 2 (h l-8 b ) Lấy một điểm I bất kì trên mặt elipxôit, căn cứ vào tính chất của elipxôit,các đoạn thẳng IF] và IF 2 sẽ hợp vói pháp tuyến IN những góc bằng nhau Nếu đặt một nguồn sáng tại F j thì căn cứ vào định luật phản

xa các tia sáng sau khi đập lên mặt elipxôit đều tập trung tại F 2 Mạt khác ta lại biết rằng elipxôit chính là quỹ tích những điểm có tổng khoảng cách tới hai điểm F )F 2 là một độ dài không đổi Do đó trong trường hợp này, quang lộ của các tia sáng từ F] tới mặt elipxôit rồi phản xạ về F 2 đều bằng nhau

Nếu lại xét môt mặt nằm phía trong và tiếp xúc với mặt elipxôit tại I (h l-8 b ) thì đối với các mặt đó, chỉ có tại I, góc tói mới bằng góc phản xa Căn cứ theo đinh luật Đêcác, anh sang chi có thể đitheo con đưòng F ]IF 2 So vói các con đường khác ( F ) r F 2 chẳng hạn)

thì con đường F|IF-) ứng với qu an g lộ cực đại.

- Sự tương đươì 1% củ a nguyên

Xét hai điểm A, B nằm trong

hai môi trường trong suốt chiết

suất nỊ và n9 (h 1 -9 ) Lấy một

điểm I bất kì trên mặt phân

cách X quang lộ theo con

mà quang lộ cực trị Điều đó có nghĩa là ánh sáng sẽ đi theo conđường AIB mà đoạn A’I = X thoả mãn điéu kiện — = 0 Dựa vào

lí Fecma và ngược lại Rõ ràng chúng tương đương với nhau

3 Định lí Maluyt (Malus)

Ta lại xét một dạng phát biểu tương đương nữa của các định luật Đềcac Đó là định lí Maluyt

13

a) M ạt trực g ia o : Mặt trực giao là mặt vuông góc với các tia của

một ciùim sáng Nếu chùm sáng là chùm đồng quy thì những mặt trực giao là những mãi cầu đồng tâm mà tâm là điểm đồng quy đó ; nếu là chùm song sop.g thì những mặt trực giao là những mặt phảng song song (h 1 -1 0 )

song truyền qua mặt phân

cách hai mỏi trường trong

suốt có chiết suất là nj và n2

(h 1 -1 1 ), Xị, z 2 là hai mặt

trực giao Ta kẻ I ] H 2 vuông

góc với A7I7 và I7H] vuông

góc với IjBị Gọi Lị là quang

lộ dọc theo con đường AịIịBị

và L7 là quang lộ dọc theo

con đường A2IoB2 Ta có :

Kết quả L ị = Lo, nghĩa là quang lộ giữa hai mặt trực giao thì bằng nhau.

§1.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG

Các đại lượng trắc quang là các đại lượng dùng trong kĩ thuật đo lường ánh sáng Sau đây ta sẽ nghiên cứu một số các đại lượng đó

1 Quang thông

Ta dã biết Ciíc anh sáng đơn sắc có bước sóng từ 0,4|im đẽn 0,76|Lim khi tác dụng vào mắt sẽ gây ra cảm giác sáng Tuy nhiên mức độ nhậy cảm cúa mất đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau cũng khác nhau Thực nghiệm chứng tò mất nhậy cảm nhất dôi với ánh sáng màu vàng lục có bước sóng 0,55(1111 Đối với ánh sáng này người ta coi như toàn bộ năng lượng của chùm sáng đều gày ra

15

cảm giác sáng Với các ánh sáng đơn sắc khác thì chỉ có một phần

năng lượng gây ra cảm giác sáng Để đặc trưng cho phần nũng lượng gây ra cảm g iá c súng người ta đưa ra khái niệm quang thông : Theo định nghĩa, quang thông (lo một chùm súng gửi tới diện tích (IS là

m ột d ạ i lượng c ó trị s ố hằn g phán năng lượng gây ra cảm giác sáng gửi tới dS trong m ột dơn vị thời gian.

Ngoài quang thông gửi tới diện tích dS, người ta còn dịnh nghĩa quang thông toàn phần của một nguồn sáng Đó là phần năng lượng gây ra cảm giác sáng do nguồn phát ra theo mọi phương trong một đơn vị thời gian

2 Độ sáng

Trước khi định nghĩa độ sáng ta xét khái niệm góc khối

a) G óc kh ố i : G óc kh ối nhìn thấy diện tích dS từ điểm o ì à phần không gian giới hạn h ỏ i hình nón có đỉnh tại o và có cá c đường sinh tựa trên chu vi củ a dS (h 1 -1 2 ) Trị số của góc khối được đo bằng

phần diện tích của mặt cầu có bán kính bằng đơn vị bị giới hạn trong hình nón Theo hệ SI và bảng đơn vị hợp pháp, đơn vị góc khối là

stêrad ian (viết tắt là sr) Như vậy góc khối toàn phần- sẽ là 471 stêrađian

Ta tìm liên hệ giữa góc khối d íì và diện tích dS Vẽ mặt cầu tâm

o và bán kính bằng đơn vị (h 1 -1 2 ) Giá trị của góc khối d£2 đúng bằng phần diện tích mặt cầu giới hạn trong hình nón Gọi r là khoảng cách từ o đến dS, a là góc giữa pháp tuyến n của dS và r, dSQ là hình chiếu của dS lên mặt phẳng vuông góc với r, ta có :

(1 -2 4 )

Biết dS0 - d S.cosa, ta rút ra :

d S.cosaa£2 = -

r

h) Đ ộ súng : Đó là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng

của nguồn theo một phương Theo định nghĩa, độ sáng của nguồn theo một phương nào đó là một đại lượng có trị số bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối theo phương đó

Gọi I là độ sáng, dO là quang thông gửi đi trong góc khối d£2,

trong đó : <j)dQ = 4n chính là góc khối toàn phần.

c) Đơn vi : Theo bảng đơn vi hơp pháp, đơn VỊ độ sang la ca n d ẹla

(viêt tắt là cd) Đó là một trong 6 đơn vị cơ bản cùa hệ SI Theo đinh

nghĩa, ca n d ela là độ sang đ o th eo phương vuông g óc củ a một diện tích nhỏ, c ó diện tích 11600.000 mét vuông, bức xạ như m ột vật bức

xạ toàn phần , ỏ nhiệt d ộ dông d ặ c củ a platin dưới áp suât 101325 niutơn trên mét vuông.

Từ đơn vị của đọ sáng có thê suy ra đơn vị của quang thông Theo công thức ( 1 -2 5 ) , ta có :

Nếu I = 1 ca n d ela dQ = 1 stêrad ian thì

6 ^ = 1 c a n d e la ỉ stêrad ian = 1 lumen.

Như vậy, Inmen (vtei tát là ìm) là quang thông của một nguồn sáng điểm dẳng hướng có dộ sáng 1 candela gừi di trong góc khôi I stêradian.

fîm^GÔÎnÎçt; oũr NHdM

THU VIỆN

3 Độ rọi

Quang thông và độ sáng là hai đại lượng đặc trưng cho nguồn

sáng Bây giờ, ta sẽ nghiên cứu đ ộ rọi Đó là một đại lượng đặc

trưng cho vật được rọi sáng

a ) Đ ịnh n ghĩa : Xét diện tích được rọi sáng dS Gọi quang thông

toàn phần gửi tới dS là dd> Người ta định nghía độ rọi của diện tích

h) Đ ộ rọ i gây h ỏi nguồn điểm : Xét diện tích dS được rọi sáng bởi

nguồn điểm o có độ sáng là I (h 1 -1 3 ) Quang thông gửi tới dS là :

H 1 - 1 3 Tính đ ộ rọi g â y bởi nguồn điểm

Như vậy, khi dùng nguồn điểm, độ rọi của mặt được chiếu sáng

tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cach từ mặt áy đến nguồn.Dựa vào công thức (1 -2 9 ) có thể xác định được độ sáng của một nguồn bằng cách so sánh nguồn đó với một nguồn sáng mẫu có độ sáng biết trước

'X'1' f

<-ĩ:

c) Đơn vị độ rọi : Từ (1—28) ta thấy, nếu d o = 1 ìumen và dS = lm~,

Bảng dưới đây cho ta độ rọi trong một số trường hợp :

Nơi và điều kiện rọi sáng Độ rọi (lux)Ngoài trời ngày râm

Trong phòng ban ngày

Trên bàn làm những việc tinh vi

Đọc sách

Từ mặt trăng ngày rằm gửi tới

Từ bầu trời đêm không trăng

Từ một ngôi sao ở xa

1.000100

100 H- 200

30 -ỉ- 50 0,20,00031,4.10-9

chứng tỏ rằng chỉ có thành phần điện trường khi tác dụng vào mắtmới gây ra cảm giác sáng, vì vậy dao động của vectơ E được gọi là

= acos Củt - 2tiL

\

( 2-2)

trong đó T là thời gian ánh sáng truyền từ o đến M, L = CT là quang

lộ trên đoạn đường OM, X = cT là bước sóng ánh sáng trong chân

Nếu ánh sáng truyền theo chiều ngược lại, hàm sóng của ánh sáng sẽ có dạng :

Để đặc trưng cho độ sáng tai một điểm, người ta định nghĩa

cường độ sáng tại điểm đó(1\ Cường đ ộ sáng tại một điểm là một

đ ạ i lượng c ó trị sô bàn g năng lương truyền íỊỉta m ột đơn vị diện tích đặt vuông g óc với phương truyền sang trong m ột đơn vị thời gian.

(1) Nỏn phản bíột cường độ sáng lại một điểm và đô sáng tại một nguồn.

Tương tự như sóng âm, cường độ sáng tại một điểm tỉ lệ với binh phương biên độ dao động sáng tại điểm đó :

trong đó k là một hệ số tỉ lệ Khi nghiên cứu hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ , ta chỉ cẩn so sánh cường độ sáng tại các điểm khác nhau

mà không cần tính cụ thể giá trị của cường độ sáng, do đó có thể quy ước lấy k = 1, và :

3 Nguyên lí chồng chất

Cũng như sóng cơ, sóng ánh sáng tuân theo nguyên lí chồng chất

sau đây : K hi h ai hay nhiều són g ánh sủng gặp nhau thì từng sóng riêng hiệt không hi cú c són g k h á c làm nhiễu loạn Sau khi gập nhaũ

c á c sóng ánh sáng vẫn truyền ổ i như cũ, còn tại những CỈỈCỈU g ậ p

nhau, d a o dộng súng hằng tổng cú c d a o dộng súng thành phần

Nguyên lí này được ứng dụng để nghiên cứu các hiện tượng giao thoa nhiễu xạ

4 Nguyên lí Huyghen

Vì ánh sáng có bản chất sóng nên nó cũng tuân theo nguyên lí

H uyghen^ : bất kì một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó

Trong phần sóng cơ học ta đa định nghĩa hiện tượng giao thoa sóng cơ học, đó là hiên tượng chồng chất của hai (hay nhiều) sóng

(1) Xem chương III, §2.

cơ học Hiện tượng giao thoa sáng sáng cũng chính là hiện tượng chổng chất của hai (hay nhiều) sóng ánh sáng Kết quả là trong trường giao thoa sẽ xuất hiện những miền sáng, những miền tối Cũng như sóng cơ chỉ có các sóng ánh sáng kết hợp mới tạo ra được hiện tượng giao thoa ; vì vậy trước khi nghiên cứu hiện tượng giao thoa, ta hãy xét cách tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp.

1 Cách tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp

Ta biết rằng ánh sáng là do các nguyên tử của nguồn phát ra Thực nghiệm chứng tỏ rằng nguyên tử phát sóng khồng liên tục ; chúng phát ra từng đoàn sóng một, các đoàn sóng này không liên hệ

gì với nhau cả nên pha ban đầu của chúng khác nhau

Nếu ta xét ánh sáng phát ra từ hai nguồn riêng biệt, thì tại một điểm nào đó sẽ nhận được các cặp đoàn sóng do hai nguồn gửi tới, mỗi cặp đoàn sóng này sẽ có một hiệu pha nào đó Hiệu pha này thay đổi và không phải là một số không đổi Kết quả là sóng do hai nguồn riêng biệt phát ra là hai sóng khồng kết hợp

Tuy nhiên bằng cách nào đó, ta tách sóng phát ra từ một nguồn duy nhất thành hai sóng, sau đó lại cho chúng gặp nhau thì hiệu pha của hai sóng sẽ không phụ thuộc thời gian Lúc đó ta có hai sóng kết

hợp Như vậy nguyên

M tắc tạo ra hai sóng kết hợp là từ một sóng duy nhất tách ra thành hai sóng riêng biệt

kết hợp người ta dùng các dụng cụ sau :

trong suốt p có đục hai lỗ nhỏ 0]C>9 Sau p đặt một màn quan sát E Ánh sáng phát ra từ o truyền đến Oị, O9 Theo nguyên lí Huyghen,

Oị và Oo trở thành hai nguồn thứ cấp Vì từ một nguồn tách thành

hai nên Oị, O9 là hai nguồn kết hợp và các sóng phát ra từ Oị, O9 là các sóng kết hợp (h 2-2).

Thống thửờng để quan sát hình ảnh giao thoa được rõ người ta thường thay nguồn điểm o bằng nguồn khe, còn cấc lỗ O ], O9 được thay bằng cấc khe hẹp song song với khe o (vuông góc với măt phảng hình vẽ)

b) Gươỉìi* F rên en.

Gương Frenen là một dụng cụ gồm hai gương phảng Gị, Go đặt nghiêng nhau một góc rất nhỏ (khoảng vài phần nghìn radian) (h 2 -3 ) Một nguồn điểm o đật trước hai gương sẽ có hai ảnh ảo là

Oị và 0 2 Hai chùm sáng xuất phát từ o phản xạ lên hai gương và dập lẽn màn quan sát E Hai chùm sáng phản xạ coi như được phất

di từ hai nguồn ảo 0 | , 0 2 Chúng là hai chùm sáng kết hợp Màn chăn Q ngăn tia sáng trực tiêp từ imuồii o đập lên màn quan sất E

23

2 Khảo sát hiện tượng giao thoa

a) Vị trí cúc cực cỉiịỊTYÙ cực tiểu ạiao th o a Xét hai nguồn kết hợp

Oị, 0 9 (h 2 -4 ) Phương trình dao động sáng của chúng là :

x(Oị) = aỊ coscot, (2 -6 )

x ( 0 9) = a9 coscot

Tại M sẽ nhận được hai dao động sáng mà hàm sóng có dạng :

trong đó L ị và L 2 là quang lộ trên đoạn đường Tị, r9

Theo §8, chương 8, tập 2, biên độ dao động sáng tổng hợp tại M

động sáng tổng hợp và do đó cường độ sáng sẽ đạt giá trị cực tiểu.Như vậy, những điểm sáng nhất (cực đại giao thoa) là những điểm mà tại đó hiệu quang lộ của hai sóng bằng một số nguyên lần bước sóng

b) Hình dợm* vc) vị trí vân g ia o th o a Để đơn giản, ta xét trường

hợp ánh sáng truyền trong chân không hoặc không khí Lúc đó vị trícác cực đại và cực tiểu được xác định bởi các công thức •

và

r, - r2 = (2k + 1 )| (2 - 1 1 )

Tương tụ „hư phin sóng cơ học, quỹ tích „hững diỂm sáng nhS,

là một họ hypecbôlõit tròn xoay Z 0, s , X „ I 2, £ 2 (ứng vdi các

' rị SÔ' * • « * ' • ± 2 c f "?• ,iêu « " là o „ O a và trục ,à dưỉmg

0 , 0 2 (h 2-5) Quỳ lích của „hững <Mm tóì cũng |à một h°

hypecbôlôit xen kẽ với họ mật trên Riêng màf r í _ 6 ‘"ạt Sáng cực đại V (ứn<: .với k = 0) là mặt phẳng trung trực của đoạn O jO

25

Đặt một màn chắn E song song với OịO-> và vuông góc với mặt pháng hình vẽ, ta sẽ được hệ các vân sáng, vân tối Đó chính là cấc giao tuyến của hai họ mật hypecbỏlỏit trên với màn E.

Cấc vân sáng tối đó được gọi là các vân giao th o a Vân sáng

chính giữa là một đoạn thẳng còn cấc vân khác là những đoạn hypecbốn Thông thường khoảng cách 0 ị0 2 rất bé và màn quan sát đật xa nên các đoạn hypecbôn có thể coi là các đoạn thẳng Các vân giao thoa sẽ là các đoạn thẳng song song cách đều nhau

Ta xấc định vị trí các vân giao thoa trên màn ảnh Gọi khoảng cách từ vân sáng giữa (giao tuyến củamặt X 0 với màn E) tới vân sáng thứ k là • y, khoảng cách O ị O ọ= /, khoảng cách

từ hai khe tới' màn quan sát bằng D (h 2 -6 )

Kẻ 0 2H vuông góc với T ị Vì màn quan sát đặt xa và / nhỏ (rJ, r9 » /) do đó có thể coi 0 9H vuông góc với BM và OịH ~ rj - r9

Theo (2 -1 1) vị trí các vân tối được xác định bởi công thức :

i được gọi là bề rộng vân giao thoa

Từ (2 -1 4 ) ta thấy khoảng cách giữa hai vân tối kế tiếp cũng là i

Ta biết rằng các vân giao thoa là các đoạn thẳng vuông íioc vói mạt phẳng hình vẽ, do đó nếu dịch chuyển đồng thời O ị , 0 2 theo phương vuông góc với mặt phảng hình vẽ thì hệ thống vân chỉ trượt trên mình nó và không có gì thay đổi Như vậy, nếu ta thay hainguồn điểm Oị, Oọ bằng hai nguồn khe đạt vuông góc với mạt phảng hình vẽ thì vị trí các vân giao thoa sẽ khồng thay đổi nhưng hình ảnh giao thoa lại rõ hơn nhiều

r) Hiện tượng giao th o a khi dùng ánh sán g triiỉìg : Giả sỉr Oị, Oọ

là hai nguồn phát ra ánh sáng trắng (gồm mọi ánh sấng đơn sắc có bước sóng từ 0,4 đến 0,76pm ) Khi đó mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ cho một hệ thống vân có màu (là màu của ánh sáng đơn sắc đó)

Ta thấy rằng tại c ứng với y = 0, điều kiện (2 -1 3 ) được thoả mãn với bất kì ánb sáng đơn sắc nào Do đó các ánh sáng đơn sắc đểu cho cực đại tại c Kết quả ta có vân sáng trắng Vân đó được gọi là vân

nằm ơ những vị trí khác nhau Trên hình (2 -7 ) vẽ hai hệ thống vân ứng với ánh sáng tím (Ằt = 0,4|im) và ánh sáng đỏ (Ằđ = 0,76pm )

H 2 -7 Giao thoa khi dùng ánh sáng trắng

ứng với mọi giá trị k, các cực đại không trùng nhau và tạo thành một vân sáng có màu sắc,-bờ trong viền tím, bờ ngoài viền đỏ Càng ra

xa vân sáng giữa các vân ứng với giá trị của k khác nhau, chồng chất lên nhau và cho ta những vân màu bàng bạc, ranh giới không rõ rệt

§2.3 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA DO PHẢN XẠ

1 Thí nghiệm Lôỉ (Lloyd)

Lấy một tấm thuỷ tinh mặt sau bôi đen để hấp thụ các tia khúc xạ vào trong thuỷ tinh Một nguồn đơn sắc o đặt phía trên và khá xa tấm thuỷ tinh Màn E được đặt vuông góc với tấm thuỷ tinh Một

điểm M trên màn E sẽ nhận được hai tia sáng

M từ nguồn o gửi tới, tia

C OM gửi thẳng từ o và tia OIM gửi tới sau khi phản xạ trên mặt thuỷ

E tinh (h 2 -8 )

Đặt OI + IM = Tị và OM = rọ Theo điều kiện (2 - 8 ), (2 - 9 ), điểm M

sẽ sáng nếu thoả mãn điều kiện :

Lị - L 2 = ĩ] - r2 = kX, (2 - 1 6 )

và điểm M sẽ tối nếu thoả mãn điều kiện :

Lj - L 2 = r j - r 2 = ( 2 k + l ) ^ (2 - 1 7 )Tuy nhiên thực nghiệm lại xác nhận rằng tại những điểm mà lí thuyết dự đoán là sáng thì thực tế là tối, dự đoán là tối thì thực tế là sáng Điểu đó buộc tu phải thừa nhận rằng hiệu pha của hai dao

trong hai tia phải thay đổi một

lượng là 7t Vì rằng pha dao động

của tia O M truyền trực tiếp từ o

đến M không có lí do gì dể thay

đổi, do đó chỉ có thể kết luận

rằng khi phản xạ trcn mạt gương,

pha dao động của tia OIM thav

đổi một lượng là r Vì trciì quãng

t X

đường mà quang lộ bang— , pha

dao động thay đổi một lượng là 71 ; Sóng đứng quang học

do đó để dẽ tính toán, người ta

coi rằng khi phản xạ trcn mật gương, quang lộ của tia phản xạ dàithêm một đoạn là - Kết luận này đúng cho các trường hợp ánh

2sáng phản xạ trên môi trường có chiết suất lốm hơn môi trường ánh sáng tới Trong trường hợp phản xạ trôn môi trường có chiết suất

29

nhỏ hơn chiết suất môi trường ánh sáng tới, thì thực nghiệm và

lí thuyết chứng tỏ pha dao động và do đó quang lộ khồng thay đổi

2 Sóng đứng ánh sáng

Xét một chùm đơn sắc song song rọi vuông góc với một mặt kim loại đánh bóng Chùm tia phản xạ sẽ giao thoa với chùm tia tới và tương tự như sóng cơ học, ta sẽ được sóng đứng ánh sáng (h 2 -9 ).Gọi khoảng cách từ điểm M đến mặt gương là d thì những điểm nút của sóng đứng được xác định bởi điều kiện :

sóng XQ vuông góc với kính ảnh, lúc đó chùm tới và chùm phản xạ

trên bề mạt thuỷ ngân sẽ giao thoa với nhau và tạo thành sóng đứng

Ở trên các mặt phăng bụng, biên độ dao động sóng cực đại, vì vậy sau khi hiện hình phim, các mặt phảng bụng đó sẽ tạo thành các lớp

trên các lớp bạc và hiệu đường

đi của các sóng phản xạ trên

hai lớp bạc kế tiếp sẽ bằng Ằ0 H 2 -1 0

Nếu X = XQ thì các tia phản xạ sẽ đồng pha, chúng giao thoa với

nhau và tăng cường lẫn nhau Những sóng cổ bước sóng khác có

hiệu đường đi của các tia phản xạ khác X nên chúng khon<! tãn£

cường lẫn nhau Quả vậy, giả sử hiệu đường đi của những tia ahàa

xạ từ hai lớp kế tiếp là •— thì hiêu đường đi của các tia phản xa từ

4

lớp thứ nhất và thứ ba sẽ là — và chúng sẽ khử nhau ; tương tựnhững tia phản xạ từ lớp thứ hai và thứ tư cũng khử nhau

Trong trường hợp tổng quát khi hiệu đường đi của các sóng phản

xạ từ hai lớp kế tiếp là pX (p < 1) thì nhữug sóng phản xạ từ lớp thứ

nhất và lớp thứ k, lớp thứ hai và lớp thứ k + 1 sẽ khử nhau, ở đây kthoả mãn điều kiện k - 1 = —

2 PNếu chiếu phim ảnh bằng ánh sáng trắng thì chỉ có thành phần có

bước sóng X = XQ là được khuếch đại, thành thử ánh sáng phản xạ có

màu đã chụp

§2.4 GIAO THOA GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG

Khi nhìn lên những bản mỏng, ví dụ màng xà phòng, váng dầu trên mặt nước, lớp hơi nước đọng trcn cửa kinh ta sẽ thấy cấc màu sắc

31

rất đẹp Đó là màu sắc của bản mỏng Màu sắc của bản mỏng chính

là do sự giao thoa của các tia phản xạ trên hai mặt của bản mỏng gây nên Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu hiện tượng giao thoa gây bởi các bản mỏng

1 Bản mỏng có bề dày thay đổi - Vân cùng độ dày

a) Ván cùng độ dày :

Xét một bản mỏng có bề dày thay đổi, được chiếu sáng bởi một nguồn sáng rộng (h 2 -1 1 ) chiết suất của bản là n

Một điểm o của nguồngửi đến điểm M hai tia :tia OM gửi trực tiếp và tiaOBCM gửi tới sau khikhúc xạ ở B và phản xạ ở

c Từ M hai tia đó sẽ đập

y v y Như vậy từ một nguồn o,

có hai sóng ánh sáng tách ra rồi gặp nhau tại M Đó là hai sóng ánhsáng kêt hợp Chúng gây ra hiện tượng giao thoa tại M Do đó taquan sát thấy vân giao thoa ngay trên mặt bản

Giữa hai tia giao thoa có hiệu quang bộ bằng :

ta có :

cho Lị - Lo = kÀ sẽ là vị trí của cấc vân sáng, còn những điểm ứngvới bề dày sao cho Lị - L 9 = (2k + 1)— sẽ là vị trí của các vân tối.Mỗi vân ứng với một giá trị xác định của bề dày d, vì vậy các vân

này được gọi là các vân cùng đ ộ dày.

Nếu chiếu bản mỏng bằng ánh sáng trắng thì mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ cho một hệ thống vân và trên bản ta sẽ quan sát được các màu sắc Đó là màu sắc của bản mỏng

Ta xét vân cùng độ dày trong một vài trường hợp

b) Vân củ a nêm không kill - Nêm khồng khí là một lớp không khí

hình nêm, giới hạn giữa hai bản thuỷ tinh đặt nghiêng nhau một góc

ct nhỏ (h 2 -1 2 ) Xị và X i là hai mặt của nêm, C C là cạnh nêm Rọimột chùm sáng đơn sắc song song vuông góc với mật X? Xét tia OIcùa chùm Tia đỏ đi vào bản thuỷ tinh Gị Đên M nó tấch thành hai : một phần phan xạ tại M, còn một phần truyền qua nêm không khí, phan xạ trên mặt X 2, trở ve M và ló ra ngoài theo đường MIO

RM = BMsinij = 2dtgH.sini Ị ( 2 - 2 3 )

33

Như vậy tại M sẽ có sự gặp ĩìhau cùa hai tia phản xạ trên hai mặt nêm Vì từ một tia tách ra, nên hai tia đó là hai tia kết hợp Kết quả

là trên mặt Xị của nêm sẽ quan sát được các van giao thoa

Vì so với tia OIML, tia OIMKIO phải đi thêm một đoạn là 2d (d là bề dày của nêm không khí tại M), do đó hiệu quang lộ của hai' tia là :

Những điểm sáng thoả mãn công thức :

L, - Li = 2d + - = kẰ.

2

Các vân sáng CĨĨI1£ là những đoạn thẳng song song với cạnh nêm

Vi nằm xen kẽ với cấc vân tôi.

bề dày thay đổi Rọi lên thấu kính

một chùm sáng đơn sắc song song

và vuồng góc với bản thuỷ tinh

Tươns; tự như nêm không khí, tại

mật cong của thấu kính sẽ có sự

gặp nhau của cấc tia pịiản xạ và sẽ

quan sát được cấc vân giao thoa

//

Do tĩnh chất đối xứng nên các vân giao thoa là những vòng tròn

có tâm tại c Các vân đó được gọi là các rủn Ỉròỉì Niutơn (h 2-14b).

Ta tính bán kính của vân tối thử k Gọi rk là bán kính vân tối thứ k,

2 Bản mỏng có bề dày không đổi - Vân cùng độ nghỉêng

Xét một bản mỏng cộ bề dày không đổi d, chiết suất n (h.2-15) Rọi sáng bản bằng một nguồn sáng rộng Xét một chùm song song đập lên bản dưới góc tới là i Mỗi tia của chùm khi đập lên bản sẽ tách thành hai : một phần phản xạ ở ngay mặt trên, còn một phần đi vào bản mỏng, phản xạ ở mặt dưới, đi lên trên và ló ra ngoài Khi ra ngoài không khí hai tia phản xạ song song với nhau Vì từ một tia tách

ra nân hai tia đó là hai tia kết hợp Nếu dùng một thấu kính hội tụ cho hai tia gặp nhau tại M trong mặt phảng tiêu thì chúng sẽ giao thoa với nhau Dẻ dàng tính được hiệu quang lộ của hai tia đó là :

L| - Lt = 2dVn2 - sin2 i - (2 -3 2 )

tụ tại các diểm Iìàm trên một đường tròn có tủm tại F Cường độ sáng tại các điểm trên đường tròn đều bằng nhau và đường tròn đó chính là vân giao thoa Với cấc góc nghiêng khác nhau ta được các van giao thoa khác nhau.’ Các vAn giao thoa đó là những đường tròn đồng tâm

và được gọi là vân I ịiao thoa í ànỵ đ ộ ngìiiêng.

37

§2.5 ÚNG DỤNG HIỆN TƯỢNG GIAO THOA

Hiện tượng giao thoa có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật Dưới dây chúng ta sẽ xét một số ứng dụng cơ bản

1 Sự khử phản xạ các mặt kính

Một trong những ứng dụng thực tế của hiện tượng giao thoa là sự khử phản xạ các mặt kính Khi một chùm sáng rơi vào mặt thấu kính hay lãng kính thì một phần ánh sáng bị phản xạ trở lại

Ánh sáng phản xạ từ các mặt thấu kính của một dụng cụ quang học sẽ làm ảnh bị mờ Ngoài ra ánh sáng phản xạ từ các dụng cụ quang học dùng trong quân sự có thể làm lộ mục tiêu Vì vậy trong nhiều trường hợp cần phải khử phản xạ các mặt kính

Để khử phản xạ, mật trước của thấu kính được phủ một màng mỏng chất trong suốt đạc biệt (hình 2 -1 6 ) Lúc đó tia tới bị phản xạ hai lần : trên các biên giới không khí — màng mỏng và màng mỏng - thấu kính Chiết suâ't n và bề dày d của màng được chọn sao cho hai tia phản xạ ngược pha nhau Lúc đó hai tia phản xạ sẽ làm tắt lẫn nhau và không còn ánh sáng phản xạ nữa

Để hai tia phản xạ ngược pha nhau thì bề dày d của màng mỏng phải thoả mãn điều kiện

1 < Ĩ1 < nlk trong đó nỉk là chiết suất của thấu kính Tính toấn chứng

tỏ ràng sự khử phản xạ tốt nhất khi thoả mãn điều kiện

cỏ n g thức ( 2 - 3 3 ) chứnư tỏ không thể khử được tất cả cấc ánh sáng phản xạ có bước sóng khác nhau Trong thực tế thường chọn bề

dày d để cốn g thức ( 2 - 3 3 ) thoả mãn với ánh sáng có bước sóng

ẰQ = 0,555 |im là ánh sáng nhạy nhất đối với mát người

2 Kiểm tra các mặt kính phẳng hoạc lồi

Để kiểm tra xem một mặt kính có thật phảng hay không người ta dùng một tẩm kính mcầu thật phảng và đật tấm kính cần kiểm tra nghiêng trên tấm kính mẫu một góc rất nhỏ Như vạy ta đã tạo ra một nêm khỏng khí giữa hai tấm kính Rọi lên nêm một chùm ánh sáng đơn sắc Nêu mặt cần kiểm tra thât phảng thì các vân giao thoa

là những đoạn thảng song song Nếu mặt kính không bằng phảng thì tại những chỗ lồi lõm vân giao thoa bị cong đi, do đó ta biết những chỗ lồi lõm để sửa chữa (h 2-17)

H.2 - 17 Kiểm tra các mặt kính phẳng

Để kiểm tra một mặt kính lồi có đúng mặt cẩu hay không (ví dụ mặt lồi của thấu kính) người ta cíine đặt mặt cần kiểm tra lên một tấm kính mẫu thật phang, rồi rọi lên một chùm ánh sang đơn săc Nêu như măt cần kiếm tra đúng là nuìt cầu thì các vân giao thoa Niutơn là cấc vòng tròn, nếu sai lệch ở chổ nào thì chồ đó vàn Niutơn sẽ bị méo mó

39

Kết quả kiểm tra bằng phương pháp giao thoa giúp ta sửa chữa được những sai lệch rất nhỏ vào cỡ 0,03|im đến 0,003|im.

3 Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí - Giao thoa kê Rẻlảy (Rayleigh)

Để đo chiết suất của chất lỏng hoặc chất khí ta có thể dùng một dụng cụ gọi là giao thoa kế Rêlây ( h 2 - 18)

©

Ánh sáng đơn sắc từ nguồn o sau khi qua thấu kính L ị và hai khe

Oị, 0 2 bị tách ra thành hai chùm tia song song Hai chùm đó giaothoa với nhau trên màn tiêu (ị) của thấu kính hội tụ L 2 Nhờ thị kính

L mắt ta có thể quan sát được hệ thống vân giao thoa đó

Ban đầu hai ống đặt trên đường đi của hai chùm tia đựng cùng một chất lỏng Sau đó thay chất lỏng đựng trong một ống bằng chất lỏng cần nghiên cứu Vì chiết suất của chất lỏng đựng trong hai ống bây giờ khác nhau nên hiệu quang lộ của hai chùm tia bị thay dổi,

do đó hệ thống vân bị di chuyển Đếm số vân bị di chuyển có thể suy ra được chiết suất chất lỏng cần đo

Ta cũng có thể đo chiết suất một chất khí bằng cách so sánh chất khí với một chất khí có chiết suất biết trước

Gọi chiết suất của chất lỏng (hoăc khí) cần đo là n, chiêt suất của chất lỏng (hoặc khí) đã biết trước là nC) Khi thay chất lỏng trong một ống bằng chất lỏng cần đo chiết suất thì hiệu quang lộ của hai

chùm tia thay đổi một lượng là (n - n0)d, d là chiều dài ống đựng chất lỏng.

Ta biết rằng khi hiệu quang lộ thay đổi một bước sóng thì hệ thống vân dịch chuyển đi một khoảng vân Do đó lúc đo chiết suất nếu hệ thống vân dịch đi m khoảng van thì :

Từ ( 2 - 3 5 ) ta suy ra :

4 Đo chiều dài - Giao thoa kê Maikenxơn (Michelson)

Giao thoa kế Maikenxơn dùng để đo chiều dài với độ chính xác rất cao Sơ đồ máy mô tả trên hình 2 -1 9

Ánh sáng từ nguồn o rọi tới một bản thuỷ tinh p dưới góc tới 45° ; bản này có hai mạt song song, một mặt được tráng một lớp bạc rất mỏng để ánh sáng vừa có thể truyền qua vừa có thể phản xạ (bản bán mạ) Tia sáng OA tới mặt bán

mạ bị tách ra thành 2 tia : Tia

thứ nhất là tia phản xạ AM Ị

và tia thứ hai là tia truyền qua

AM2 Tia AM Ị tới mặt gương

G Ị thì phản xạ trở lại truyền

qua bản p và độp vào kính quan

sát Tia AM'} tới mạt gương G 9

phản xạ trên gương đó, trở lại

đi vào p, phản xạ trên mật bán

mạ rồi cũng vào kính quan sát

và giao thoa với tia thứ nhất

Vì tia thứ nhất chi đi qua bản p

một lần, tia thứ hai qua bản

41

ba lần, nên hiệu quang lộ giữa hai tia lớn, vân giao thoa quan sát được là những vân bạc cao ( Lị - Lo = kẰ, k lớn), nên nhìn không rõ nét Để làm giám hiệu quang lộ đó, người ta đặt trên đường đi của tia thứ nhất một bán thuỷ tinh P' giống hệt p nhưng không tráng bạc.Khi đó hiệu quang lộ của hai tia chỉ còn do hai gương G ị , G 9 đặt cách bản p khỏng đều gây ra mà thôi.

Khi dịch chuyển một gương song song với chính nó*dọc theo tia

sáng một đoạn — thì hiệu quang lộ của hai tia thay đổi là Ằ và hệ

thống vân dịch chuyển đi một khoảng vân Vậy muốn đo chiều dài một vẠt nào ta dịch chuyển gương từ đáu này sang đầu kia của vật và đếm số vân dịch chuyển Nếu hệ thống vân dịch chuyển đi m khoảng vân thì chiều dài của vật cẩn đo là :

2

Nhờ giao thoa kế Maikenxơn có thể so sánh chiều dài của mét mẫu so với bước sóng ánh sáng, đó là một trong những cơ sở để định nghĩa mét qua bước sóng ánh sáng Cũng chính nhờ giao thoa kế đó, Maikenxơn đà hoàn thành một thí nghiệm nổi tiếng : xác định tính bất biến của vạn tốc ánh sáng đối với các hệ quy chiếu, một trong các tiên đé của thuyết tương đối Anhstanh

Gọi vận tốc ánh sáng đối với hộ quy chiếu Mặt Trời là c Theo định luật tổng hợp vận tốc cơ học cổ điển, vận tốc ánh sáng đối với

hệ quy chiếu Trái Đất lấy theo phương chuyển động của Trái Đất

sẽ là :