XIII. Hrvatski simpozij o nastavi fizike Ogib na pukotini: teorija i pokusi Velimir Labinac 1, Luka Zurak 1, Marin Karuza 1,2,3,4 1 Odjel za fiziku, S

Слични документи
4.1 The Concepts of Force and Mass

Sveučilište J.J. Strossmayera Fizika 2 FERIT Predložak za laboratorijske vježbe Lom i refleksija svjetlosti Cilj vježbe Primjena zakona geometrijske o

Sveučilište J.J. Strossmayera Fizika 2 FERIT Predložak za laboratorijske vježbe Određivanje relativne permitivnosti sredstva Cilj vježbe Određivanje r

PowerPoint Presentation

Toplinska i električna vodljivost metala

Microsoft Word - predavanje8

Microsoft Word - Dopunski_zadaci_iz_MFII_uz_III_kolokvij.doc

Microsoft Word - 09_Frenetove formule

Ponovimo Grana fizike koja proučava svijetlost je? Kroz koje tvari svjetlost prolazi i kako ih nazivamo? IZVOR SVJETLOSTI je tijelo koje zr

Sveučilište J.J. Strossmayera Fizika 2 FERIT Predložak za laboratorijske vježbe Cilj vježbe Određivanje specifičnog naboja elektrona Odrediti specifič

1 MATEMATIKA 1 (prva zadaća) Vektori i primjene 1. U trokutu ABC točke M i N dijele stranicu AB na tri jednaka dijela. O

I Koeficijent refleksije Površinski plazmoni II Valovodi Rezonantne šupljine Mikrovalna mjerenja #13 Raspršenje elektromagnetskih valova na kristalima

7. predavanje Vladimir Dananić 14. studenoga Vladimir Dananić () 7. predavanje 14. studenoga / 16

Microsoft Word - 6ms001

Dvostruki integrali Matematika 2 Erna Begović Kovač, Literatura: I. Gusić, Lekcije iz Matematike 2

8. predavanje Vladimir Dananić 17. travnja Vladimir Dananić () 8. predavanje 17. travnja / 14

Primjena neodredenog integrala u inženjerstvu Matematika 2 Erna Begović Kovač, Literatura: I. Gusić, Lekcije iz Matematike 2

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - studeni osnovna razina - rje\232enja)

Valovi 1. Transverzalni valni impuls koji se širi užetom u trenutku t = 0 opisan je jednadžbom y = a3 a 2 x 2, gdje je a = 1 m (x i y takoder su izraž

Hej hej bojiš se matematike? Ma nema potrebe! Dobra priprema je pola obavljenog posla, a da bi bio izvrsno pripremljen tu uskačemo mi iz Štreberaja. D

Zadaci s pismenih ispita iz matematike 2 s rješenjima MATEMATIKA II x 4y xy 2 x y 1. Odredite i skicirajte prirodnu domenu funkcije cos ln

Newtonova metoda za rješavanje nelinearne jednadžbe f(x)=0

Prikaz slike na monitoru i pisaču

4.1 The Concepts of Force and Mass

Microsoft Word - 24ms221

Numerička matematika 11. predavanje dodatak Saša Singer web.math.pmf.unizg.hr/~singer PMF Matematički odsjek, Zagreb NumMat 2019, 11. p

Microsoft Word - ETH2_EM_Amperov i generalisani Amperov zakon - za sajt

Vektorske funkcije i polja Mate Kosor / 23

SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE, RAČUNARSTVA I INFORMACIJSKIH TEHNOLOGIJA Sveučilišni studij VEKTORSKA FUNKCIJ

(Microsoft Word - Rje\232enja zadataka)

Динамика крутог тела

Microsoft Word - 15ms261

Skalarne funkcije više varijabli Parcijalne derivacije Skalarne funkcije više varijabli i parcijalne derivacije Franka Miriam Brückler

Slide 1

Microsoft Word - V03-Prelijevanje.doc

CVRSTOCA

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - lipanj osnovna razina - rje\232enja)

SKUPOVI TOČAKA U RAVNINI 1.) Što je ravnina? 2.) Kako nazivamo neomeđenu ravnu plohu? 3.) Što je najmanji dio ravnine? 4.) Kako označavamo točke? 5.)

Natjecanje 2016.

XIII. Hrvatski simpozij o nastavi fizike Istraživački usmjerena nastava fizike na Bungee jumping primjeru temeljena na analizi video snimke Berti Erja

Impress

Seminar peti i ²esti U sljede a dva seminara rije²avamo integrale postavljene u prosturu trostruke integrale. Studenti vjeºbom trebaju razviti sposobn

Ravno kretanje krutog tela

Neodreeni integrali - Predavanje III

Uvod u obične diferencijalne jednadžbe Metoda separacije varijabli Obične diferencijalne jednadžbe Franka Miriam Brückler

(Microsoft Word vje\236ba - LIMES FUNKCIJE.doc)

Numeričke metode u fizici 1, Projektni zadataci 2018./ Za sustav običnih diferencijalnih jednadžbi, koje opisuju kretanje populacije dviju vrs

Interpretacija čuda pomoću teorije determinističkog kaosa (Jerko Kolovrat, KBF Split; Marija Todorić, PMF Zagreb) Postoje razne teme koje zaokupljaju

ТЕСТ ИЗ ФИЗИКЕ ИМЕ И ПРЕЗИМЕ 1. У основне величине у физици, по Међународном систему јединица, спадају и следеће три величине : а) маса, температура,

Račun smetnje i Greenove funkcije «Napredna kvantna fizika» Ivo Batistić Fizički odsjek, PMF Sveučilište u Zagrebu predavanja 2010 Pregled predavanja

Elementarna matematika 1 - Oblici matematickog mišljenja

Microsoft Word - Rjesenja zadataka

Sveučilište u Splitu Fakultet prirodoslovno-matematičkih znanosti i odgojnih područja Zavod za fiziku Pripremni tečaj za studente prve godine INTEGRAL

(Microsoft Word - MATB - kolovoz osnovna razina - rje\232enja zadataka)

8. razred kriteriji pravi

Microsoft Word - 24ms241

PowerPointova prezentacija

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - svibanj osnovna razina - rje\232enja)

Diferenciranje i integriranje pod znakom integrala math.e Vol math.e Hrvatski matematički elektronički časopis Diferenciranje i integriranje pod

Prva skupina

Postojanost boja

4

23. siječnja od 13:00 do 14:00 Školsko natjecanje / Osnove informatike Srednje škole RJEŠENJA ZADATAKA S OBJAŠNJENJIMA Sponzori Medijski pokrovi

Gravitacija kao specijalna relativistička teorija polja Jelena Filipović Fizički odsjek, PMF, Sveučilište u Zagrebu

18 1 DERIVACIJA 1.3 Derivacije višeg reda n-tu derivaciju funkcije f označavamo s f (n) ili u Leibnizovoj notaciji s dn y d x n. Zadatak 1.22 Nadite f

NAČINI, POSTUPCI I ELEMENTI VREDNOVANJA UČENIČKIH KOMPETENCIJA IZ NASTAVNOG PREDMETA: MATEMATIKA Na osnovu članka 3., stavka II, te članka 12., stavka

9. : , ( )

Microsoft Word - Elektrijada_2008.doc

4.1 The Concepts of Force and Mass

Elementi praćenja i ocjenjivanja za nastavni predmet Matematika u 4. razredu Elementi praćenja i ocjenjivanja za nastavni predmet Matematika u 4. razr

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - kolovoz ni\236a razina - rje\232enja)

Microsoft Word - Elektrijada_V2_2014_final.doc

Fizika Detaljni izvedbeni plan Prediplomski studij: Biotehnologija i istraživanje lijekova, I godina ECTS bodovi: 6 Nastavno opterećenje/sati: 40 sati

Microsoft Word - Lekcija 11.doc

MATEMATIKA viša razina MATA.29.HR.R.K1.24 MAT A D-S MAT A D-S029.indd :30:29

(Microsoft Word doma\346a zada\346a)

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - lipanj osnovna razina - rje\232enja)

ДРУШТВО ФИЗИЧАРА СРБИЈЕ МИНИСТАРСТВО ПРОСВЕТЕ И СПОРТА РЕПУБЛИКЕ СРБИЈЕ Задаци за републичко такмичење ученика средњих школа 2006/2007 године I разред

Pitanja za pripremu i zadaci za izradu vježbi iz Praktikuma iz fizike 1 ili Praktikuma iz osnova fizike 1, I, A za profesorske

Nastavno pismo 3

Svaki stupanj je bitan!

Agencija za odgoj i obrazovanje Hrvatska zajednica tehničke kulture 58.ŠKOLSKO NATJECANJE MLADIH TEHNIČARA PISANA PROVJERA ZNANJA - 5. razred Za

Microsoft PowerPoint - Odskok lopte

OD MONOKRISTALNIH ELEKTRODA DO MODELÂ POVRŠINSKIH REAKCIJA

Мустра за презентацију за избор у звање истраживач сарадник

Зборник радова 6. Међународне конференције о настави физике у средњим школама, Алексинац, март Одређивање коефицијента пригушења у ваздуху

Metoda konačnih elemenata; teorija i praktična implementacija math.e 1 of 15 Vol.25. math.e Hrvatski matematički elektronički časopis Metoda konačnih

Slide 1

Matematka 1 Zadaci za vežbe Oktobar Uvod 1.1. Izračunati vrednost izraza (bez upotrebe pomoćnih sredstava): ( ) [ a) : b) 3 3

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - kolovoz osnovna razina - rje\232enja)

ТРОУГАО БРЗИНА и математичка неисправност Лоренцове трансформације у специјалној теорији релативности Александар Вукеља www.

Optimizacija

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - lipanj osnovna razina - rje\232enja)

Зборник радова 6. Међународне конференције о настави физике у средњим школама, Алексинац, март Нелинеарно еластично клатно Милан С. Коваче

Škola: Geodetska škola, Zagreb Razredni odijel: IV. D Datum: 22. studenog Školska godina: 2018./2019. Nastavnik: Katija Špika Mentor: Armando Sl

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - rujan osnovna razina - rje\232enja)

Napredno estimiranje strukture i gibanja kalibriranim parom kamera

Jednadžbe - ponavljanje

Romanian Master of Physics 2013 Теоријски задатак 1 (10 поена) Каменобил Фред и Барни су направили аутомобил чији су точкови две идентичне призме са к

Транскрипт:

Ogib na pukotini: teorija i pokusi Velimir Labinac 1, Luka Zurak 1, Marin Karuza 1,,3,4 1 Odjel za fiziku, Sveučilište u Rijeci Centar za mikro i nano znanosti i tehnologije, Sveučilište u Rijeci 3 Fotonika i kvantna optika, Znanstveni centar izvrsnosti za napredne materijale i senzore, Sveučilište u Rijeci 4 INFN Sezione di Trieste, Trieste Sažetak. Ogib ili difrakcija elektromagnetskog (EM) vala pojavljuje se nakon što EM val upadne na predmet ''oštrih'' rubova. Na zaslonu iza predmeta opazit ćemo pojačanja i slabljenja intenziteta, odnosno, u slučaju svjetlosti, svijetla i tamna područja. Ovisno o rubu na koji val upada, područja s pojačanim i oslabljenim intenzitetom imat će različite oblike, a protezat će se i u geometrijsku sjenu predmeta. U pokusima koje smo izveli, promatrali smo ogib na pukotini i kao poseban slučaj, ogib na poluravnini. Pokusi su izvedeni opremom istraživačkog laboratorija jer je cilj bio utvrditi u kojoj se mjeri slike intenziteta svjetlosti mogu usporediti s teorijski dobivenim rezultatima skalarne teorije ogiba. Posebno, razmotreni su Fraunhoferov i Fresnelov ogib. Metodička vrijednost pokusa i proračuna ovakvog tipa je da će nedvojbeno pobuditi interes srednjoškolaca za fizičke pojave o kojima već nešto znaju, a mogu se jednostavno pripremiti i izvoditi na ljetnim školama i otvorenim danima. Ključne riječi: ogib na pukotini, skalarna teorija difrakcije, Fraunhoferov ogib, Fresnelov ogib, Rayleigh-Sommerfeldov difrakcijski integral. UVOD Ogib ili difrakcija 1 u širem smislu, je valna pojava koja nastaje nakon što val upadne na prepreku ili otvor pri čemu dio valne fronte promijeni amplitudu i/ili fazu [1]. Nakon ''sudara'' s preprekom, dijelovi valne fronte interferiraju stvarajući ogibnu sliku u kojoj se mogu opaziti pojačanja i slabljenja intenziteta vala. Navedeni opis pojave ogiba valjan je za bilo koju vrstu valova: za valove materije, na primjer, za elektrone ili za valove na vodi. U elektrodinamici razlikujemo ogib i raspršenje elektromagnetskih valova []. Ako su rubovi objekta na kojeg upada val ''glatki'' govorimo o raspršenju, ukoliko su rubovi ''oštri'' kažemo da se radi o difrakciji. Na primjer, uobičajeno se govori o raspršenju na dielektričnoj kugli ili na dugom, vodljivom valjku, a difrakciju promatramo na pukotini ili na optičkoj rešetki (vidi sliku 1). Raspršenje i ogib na mikroskopskoj razini veoma točno opisuje klasični model u kojem se nabijene čestice sredstva od kojeg je načinjena prepreka, ubrzano gibaju i titraju zbog električne komponente upadnog elektromagnetskog vala [1, ]. Ubrzane nabijene čestice zrače elektromagnetske valove koji se superponiraju u ogibni val. Frekvencija ogibnog vala jednaka je frekvenciji upadnog vala, ali, općenito, ogibni i upadni val imaju različite amplitude i faze. Ukupno elektromagnetsko polje unutar i izvan prepreke je superpozicija upadnog i ogibnog vala. Ako je prepreka načinjena od vodiča, navedene fizičke procese možemo uspješno objasniti i pomoću makroskopske elektrodinamike [3]. Upadni val inducira struju u sloju prepreke, a struja stvara elektromagnetsko polje. Ukupno polje u sloju i izvan prepreke izračunat ćemo pomoću Maxwellovih jednadžbi i matematičkih uvjeta za polja na rubu prepreke. 1 Riječ difrakcija prvi je upotrijebio talijanski fizičar i matematičar F. M. Grimaldi sredinom 17. stoljeća da opiše pojave u kojima širenje svjetlosti odstupa od pravocrtnog širenja [1]. 1 98

Ogib na pukotini: pokusi i teorija SLIKA 1 Upad ravnog elektromagnetskog vala na predmete: (a) glatkih rubova; (c) i (d) oštrih rubova; (b) oštrih i glatkih rubova. SLIKA (a) Upad ravnog elektromagnetskog vala na pukotinu. (b) Pukotina je pravokutni otvor kod kojeg je jedna stranica pravokutnika mnogo dulja od druge, a obje su mnogo dulje od valne duljine. Promatramo li ogib svjetlosti na otvoru u ravnini ili ogib na ravninskoj prepreci, pojačanja i slabljenja intenziteta zapazit ćemo kao svijetla i tamna područja na zaslonu iza prepreke. Jednostavan primjer za otvor je pukotina (vidi sliku ), a primjer za ravninsku prepreku je tanki disk. Uobičajeno je valna duljina upadne svjetlosti λ mnogo manja od dimenzija otvora ili prepreke a i upravo su primjeri ogiba za koje je λ << a najjednostavniji za matematički opis. U sljedeća dva poglavlja ukratko ćemo izložiti matematičku teoriju difrakcije na pukotini, osvrnuvši se pri tome na poseban slučaj difrakcije na poluravnini. Nakon toga, opisat ćemo pokuse i mjerenja koje smo izvodili da usporedimo teorijski dobivenu krivulju intenziteta svjetlosti i eksperimentalno dobivene podatke za difrakciju laserske svjetlosti na pukotini i poluravnini. SKALARNA TEORIJA DIFRAKCIJE Matematički opis difrakcije veoma je složen pa ne čudi činjenica da su neki od najpoznatijih fizičara 18., 19. i 0. stoljeća dali doprinose rješenju tog teškog zadatka. Najraniji matematički radovi o difrakciji povezani su s imenima C. Huygensa, T. Younga, a skalarnu teoriju difrakcije u akustici i optici razvili su A. Fresnel, J. Fraunhofer, H. Helmholtz, J. W. Strutt (Lord Rayleigh) i G. R. Kirchhoff. U godinama nakon otkrića Maxwellovih jednadžbi razvijena je vektorska teorija difrakcije, a najznačajnije doprinose početnom razvoju dali su P. Debye, G. Mie i A. Sommerfeld. Razmotrit ćemo ogib na otvoru u vodljivoj ravnini kojeg skalarna teorija difrakcije opisuje veoma dobro (vidi sliku ). Pretpostavimo da ravni elektromagnetski val upada okomito na vodljivu ravninu s otvorom. Ravni elektromagnetski val koji se širi u smjeru pozitivne osi z, opisat ćemo realnim dijelom kompleksne funkcije U(r, t) = u(r)e iωt = u 0e i(kz ωt), gdje je r vektor položaja točke promatranja, t je vrijeme, u 0 je amplituda upadnog vala, ω je kružna frekvencija, a k je valni broj upadnog vala. Polje iza pukotine u poluprostoru z > 0 opisujemo realnim dijelom kompleksne funkcije Ψ(r, t) = ψ(r)e iωt. Funkcija Ψ(r, t) zadovoljava valnu jednadžbu. Slično, funkcija ψ(r) zadovoljava Helmholtzovu jednadžbu ( ) ψ r k 0 (1) + = gdje je Laplaceov operator u kartezijevim koordinatama 99

x y z = + + () Jednadžba (1) je parcijalna diferencijalna jednadžba drugog reda i da nađemo njezino potpuno rješenje moraju nam biti poznate vrijednosti funkcije ψ(r) ili vrijednosti normalne derivacije po ravnini S s otvorom [4]. Ako su poznate vrijednosti funkcije ψ(r) po S, rješenje za (1) ima oblik Rayleigh-Sommerfeldovog difrakcijskog integrala: ikr k e i ψ ( r) = 1 ( z z ) ψ ( ) da π i + r (3) R kr S gdje je područje integracije ravnina S za koju vrijedi z' = 0, a integriramo po crtanim varijablama x' i y' uz element površine da'. Veličina R je ( ) ( ) ( ) R = r r = x x + y y + z z (4) Vrijednosti funkcije ψ(r) po S veoma je teško odrediti [1]. Kirchhoff je, zato, predložio jednostavnu aproksimaciju: neka su vrijednosti po otvoru jednake upadnom ravnom valu, ψ(r) u(r), a po ostatku ravnine jednake nuli. Tada se u (3) integrira samo po otvoru. Ova je aproksimacija valjana samo ako je λ << a, odnosno, ka >>1, gdje je λ valna duljina upadnog vala, λ = π/k i a dimenzija otvora, na primjer, širina pukotine. Uvjet λ << a nije teško zadovoljiti u laboratorijskim uvjetima uz korištenje vidljive, laserske svjetlosti. U vektorskoj teoriji difrakcije računamo vektore električnog i magnetskog polja nakon difrakcije na otvoru ili prepreci pomoću Maxwellovih jednadžbi. Ako se pretpostavi da je funkcija ψ(r) iz skalarne teorije, ustvari, jedna komponenta električnog ili magnetskog polja, može se pokazati da ψ(r), općenito, ne zadovoljava Maxwellove jednadžbe. U slučaju difrakcije na pukotini i poluravnini skalarna teorija je, ipak, dobro usklađena s vektorskom teorijom i daje izvrsne teorijske rezultate potvrđene eksperimentom []. Primijetimo da teoriju koju smo razvili za ravninu s otvorom nije teško primijeniti na ravninsku prepreku P. Integraciju u (3) potrebno je izvršiti po skupu S \ P. FRAUNHOFEROV I FRESNELOV OGIB Pretpostavimo da ravni elektromagnetski val upada na ravninu s otvorom dimenzije a i difrakcijsku sliku promatramo na zaslonu čija udaljenost do ravnine iznosi d. Neka je zadovoljen već spomenuti uvjet a >> λ. Fraunhoferov ogib ili ogib u granici dalekih polja, dobijemo ako je zadovoljen okviran uvjet a F = < 1 (5) dλ Broj F naziva se Fresnelovim brojem. Fresnelov ogib ili ogib u granici bliskih polja dobijemo za Normalna derivacija ili derivacija u smjeru normale je definirana izrazom ψ/ n = ψ n, gdje je operator nabla = i / x + j / y + k / z, a n je vanjska normala na plohu s otvorom. 3 300

Ogib na pukotini: pokusi i teorija a F = > 1 (6) dλ Neka su zadovoljeni uvjeti Fraunhoferova ogiba. Na veoma udaljenom zaslonu dobit ćemo sliku na kojoj je intenzitet I 3 sličan slici 3. SLIKA 3 Fraunhoferov ogib na pukotini za F = 0.. SLIKA 4 Fresnelov ogib na pukotini za F = 6.95. Želimo li da uvjet (5) vrijedi, mora biti a << d. Ipak, povećamo li dovoljno širinu pukotine tako da je a >>> λ, difrakcijska slika na udaljenom zaslonu promijenit će se u Fresnelovu: vrijedit će uvjet (6) i dobit ćemo sliku na kojoj je intenzitet sličan slici 4. Izrazi za Fraunhoferov i Fresnelov ogib na pukotini Može se pokazati da Rayleigh-Sommerfeldov difrakcijski integral za Fraunhoferov ogib i uz Kirchhoffovu aproksimaciju prelazi u sljedeći integral []: ikr uk 0 e ik ( xx + yy )/ r ψ ( r ) e da π i r (7) O gdje je područje integracije otvor O. Iz (7) se može pročitati da skalarna teorija difrakcije sadrži Huygens-Fresnelov princip jer dio e ikr /r opisuje sferni val, a integral je, ustvari, zbroj po razlikama faza. Otvor O je izvor sekundarnih sfernih valova koji se superponiraju i oblikuju val iza otvora. Pomoću formule (7) može se izvesti poznati izraz za intenzitet I pri Fraunhoferovom ogibu na pukotini širine a I sin β = I0 β (8) gdje je I 0 maksimalni intenzitet, parametar β = (ka/) sin θ, a θ kut difrakcije. Izraz za intenzitet pri Fresnelovoj difrakciji na pukotini širine a približno se dobiva iz integrala (3) i glasi [1] I ( ) ( ) ( ) ( ) 0 I = C u + is u C u1 + is u1 (9) 3 Intenzitet je vremenski prosjek Poyntingova vektora [1]. Prilikom crtanja grafova intenziteta, uobičajeno se uzima da je I = ψ(r). Na osi ordinata crta se veličina I/I 0, gdje je I 0 najveća ili druga istaknuta vrijednost intenziteta. 4 301

gdje su C(u) i S(u) Fresnelovi integrali [5], a I 0 je intenziet upadnog vala. Varijable u 1 i u definirane su izrazima: a a u1 = y, u = + y λd λd (10) Ogib na poluravnini razmatrali smo kao poseban slučaj ogiba na pukotini u kojem rub y = a/ teži u, a rub pukotine y = a/ postavili smo na novu vrijednost y = 0. Tada se izraz (9) mijenja u I0 1 1 I = C( u) i S( u) + + + gdje je u = y(/λd) 1/. (11) POKUSI Eksperimentalni postav sastoji se od lasera čija je svjetlost valne duljine 53 nm, sustava leća koje prilagođavaju lasersku zraku Gaussova profila eksperimentalnom postavu, pukotine i CMOS senzora fotoaparata Canon EOS 6D. Mjenjajući širinu pukotine i udaljenost pukotina-senzor snimaju se slike s fotoaparatom bez objektiva. Podatci sa senzora se snimaju na računalo gdje se i obrađuju korištenjem programa QtiPlot i Labview, te se prikazuju zajedno s podatcima dobivenim u računalnom programu Mathematica. Teorijske krivulje su dobivene ili numerički pomoću izraza (3) ili pomoću približnih analitičkih izraza (8), (9) i (11), u oba slučaja pomoću Kirchhoffove aproksimacije. SLIKA 5. Fraunhoferov ogib na pukotini. d = (1.59 ± 0.01) m, a = (0. ± 0.04) mm, F 0.06. Eksperimentalni podatci prikazani su točkicama u plavoj boji, a teorijski neprekinutom crtom u crvenoj boji. Na slici 5 prikazan je relativni intezitet ogibnih pruga obzirom na maksimalni intezitet u Fraunhoferovoj granici (F 0.06). Vidimo jako dobro slaganje teorije i eksperimenta premda je teorijska krivulja na slici izračunata s nešto drugačijom nominalnom širinom pukotine a = 0.3 mm što ulazi u područje jedne standardne pogreške mjerenja širine pukotine. Teorijsku krivulju za ogib na poluravnini prikazan na slici 6 dobili smo numerički pomoću formule (3). Vidimo da se eksperimentalni rezultati jako dobro podudaraju s teorijskim 5 30

Ogib na pukotini: pokusi i teorija vrijednostima u području iza ruba poluravnine pa do 0.001 m, nakon čega intezitet cijelog ogibnog uzorka opada. Razlog tomu je što na poluravninu ne dolazi ravan val konstantnog inteziteta po cijelom poprečnom presjeku snopa već val čiji je intezitet raspodijeljen po Gaussovoj krivulji te je približno jednak maksimalnoj vrijednosti (unutar 10 %) u području od 0.001 m oko središta pukotine. Na slici 7 pod a) i pod b) prikazani su Fresnelovi ogibi za pukotinu (F > 1). Ponovo se teorija i eksperiment dobro podudaraju na cijelom području. No, vidljiva su manja odstupanja u pojedinim točkama kao i asimetičnost. Odstupanja su uzrokovana zbog asimetičnosti inteziteta upadne zrake i nelinearnog odaziva senzora fotoaparata. SLIKA 6. Ogib na poluravnini: d = (0.50 ± 0.01) m. a >> 1 F >> 1. Nula predstavlja rub poluravnine. Eksperimentalni podatci prikazani su točkicama u plavoj boji, a teorijski neprekinutom crtom u crvenoj boji. SLIKA 7. Fresnelov ogib. a) d = (0.50 ± 0.01) m, a = (0.96 ± 0.04) mm, F = 3.4. b) d = (0.50 ± 0.01) m, a = (1.67 ± 0.04) mm, F = 10. Eksperimentalni podatci prikazani su točkicama u plavoj boji, a teorijski neprekinutom crtom u crvenoj boji. ZAKLJUČAK Pokusi s ogibom na pukotini i poluravnini pokazali su izvrsno slaganje s teorijom u oba područja, Fresnelovom i Fraunhoferovom. Metodički je jednostavniji Fraunhoferov slučaj budući 6 303

da je funkcija koja opisuje ogib, u odgovarajućoj aproksimaciji, relativno jednostavna za računanje. Fresnelov ogib uključuje složenije izraze za intenzitet i veće varijacije intenziteta koje je, onda, i teže izmjeriti. Jednostavniji pokusi i proračuni povezani s Fraunhoferovim ogibom na pukotini, kružnom otvoru ili optičkoj rešetki poznati su srednjoškolcima i studentima, a njima se testira razmijevanje osnovnih principa ogiba. Pokusi i teorija koje smo izveli idu korak dalje, bliži su istraživačkom radu i zato, veći izazov za učenike i studente. LITERATURA 1. E. Hecht, Optics, 5. izdanje, Pearson Education, Boston, 017.. A. Zangwill, Modern Electrodynamics, Cambridge University Press, Cambridge, 013. 3. J. Schwinger, L. L. Deraad, K. Milton, W. Tsai, J. Norton, Classical Electrodynamics, Westview Press, Boulder, 1998. 4. J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3. izdanje, Wiley, New York, 1998. 5. E. W. Weisstein, "Fresnel Integrals" From MathWorld -- A Wolfram Web Resource, http://mathworld.wolfram.com/fresnelintegrals.html (1.. 017) 304