ヤングの実験

質問

物理学の実験でヤングの実験をやったのですが、値をみる限りミスってしまったようです。
それで、ミスの原因として考えられるのが、スリットの角度がレーザー光に対して垂直じゃなかった（しかし、明点の主極大は１つだったので、ずれ方は大きくないとおもいます)ので、暗点の位置が理論の値とずれてしまったんじゃないかとかんがえています。スリットが垂直でない場合、たとえば垂直からΦずれていた場合、暗点がどのくらいずれるのか教えてほしいです。発表が迫っているので、申し訳ないのですが、だれか教えていただけると助かります。

回答No.3

Tann3

No.1&2です。

＞角度Φずれてたとき主極大らしきものが２つあったので、（原点にひとつ、違う場所に一つ）違う場所の方はおそらく主極大ではなかったのですね。

　ここでいう「原点」とは何ですか？
　光源からスリットを通った「正面」のことですか？　回折以前の話として、ノギス程度のスリット幅であれば、回折せずにスリットを直進する正面が最も明るくなるのは当然予想されることです。
　「主極大」が2つの回折波が最も強く重なり合う部分のことであれば、スクリーンに平行なスリットの場合には、この「スリットを通りぬける正面」と「主極大」は一致するでしょう。
　スクリーンに平行でないスリットで回折した波の「主極大」は、「違う場所の方」だと思います。

＞スリットが角度Φずれていた場合、回折の仕方はかわりませんか？

　回折は、「ホイヘンスの原理」で理解できるはずです。（下記のリンク先参照）
　回折は、スリットを境界面として起こりますから、スクリーンに平行でも角度Φずれていても、そのときのスリット面の位置から円形に波が発生することに変わりはありません。ただし、スクリーンに平行であれば中心部から左右対称な強度で発生しますが、傾いていると左右で強度の差があるかもしれません。

　下記のリンク先の下の図で、スリットを傾けて考えてみてください。
　　　↓
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9B%E3%82%A4%E3%83%98%E3%83%B3%E3%82%B9%EF%BC%9D%E3%83%95%E3%83%AC%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%81%AE%E5%8E%9F%E7%90%86

　蛇足ですが、「明部」「暗部」で、極大点をどのように判定したのか、その誤差もきちんと評価した方がよいと思います。単なる「目視」で「何となく極大、極小」を判定したのでは？

お礼

本当に詳しい解説ありがとうございました。おかげで納得できました。もう一回実験は許されていないので、次回からはきちんと誤差も評価したいと思います。
どうもありがとうございました

回答No.2

Tann3

No.1です。
　レーザー光はコヒーレントなので、位相をそろえる「単スリット」は不要ということですか。

　そして、回折を発生させるのが「単スリット」ということなのですね？

　この場合、スリット幅の両端が回折の発生源ということになるのでしょう。
　つまり、スリット面が垂直（スクリーンとの水平面？）から角度Φずれていた場合、スリット幅をLとして、スリット両端からスクリーンまでの距離Dが

　　　ΔD　＝　L　×　sinΦ

だけ異なるということですよね？
（一方が　D ＋ ΔD/2、他方が　D ー ΔD/2　になる）

　スリット面が垂直（スクリーンと水平？）なら、Φ＝０　なので　ΔD　＝　0　です。

　明点の主極大は、当然光が「直進」する点なので、ずれようがありません。
　暗点は、上記のスクリーンまでの最短距離（　D ＋ ΔD/2、　D ー ΔD/2　）を使って光の経路の計算すればよいだけでしょう。
　この「基本通りにやればよい」ことを質問しているので、No.1で「ヤングの実験の意味が分かっていない」と申し上げたのですよ。

　ただし、スリットとして使ったノギスの角って、けっこう「丸み」を帯びていませんか？
　この実験は干渉縞の発生の様子を求めるのが目的なのでしょうけれど、たとえば回折の発生する「光源の位置」（スリットの端）がどの程度の精度で定義できるか、などを含め、何が「理論と実験（現実）の相違（精度）」になり得るか、というのもの大事なポイントかと思います。
　理論通り実験結果を得ることが目的ではなく、実験から得られた結果が、理論値と異なる理由を推論・考察することが大事なのですよ。「理論から正しい現実値が得られる」「理論値こそが正解だ」という「信仰」を疑うことが、実験の最大の目的だと考えましょう。

お礼

回答ありがとうございます、今回の実験は暗点の位置からλをだし、元のレーザーの波長λと比較という実験でした。
角度Φずれてたとき主極大らしきものが２つあったので、（原点にひとつ、違う場所に一つ）違う場所の方はおそらく主極大ではなかったのですね。
光路差についてももう一度原点にもどって考え直します
ごめんなさい、これで最後です。
スリットが角度Φずれていた場合、回折の仕方はかわりませんか？
斜めのスリットに対し、光が当たった場合、スリットに対し垂直成分と水平成分に
分ける。垂直成分の光を考えた場合、スリットに対し垂直方向に光が当たってることと同じことと考えることができる。（水平成分はスリットを通らないので考えなくてよい）
と思ったんですけど、この考え方だと主極大がずれてしまうんですよね。（つまり、
スリットから角度Φの方向になる）
だから、スリットの角度にかかわらず、回折の仕方はかわらないってことでいいでしょうか？
へんなこと言ってたらごめんなさい

回答No.1

Tann3

ヤングの実験って、何をするものなのか、もう一度確認したらいかがでしょうか。このような質問をすること自体、ヤングの実験の意味が分かっていないということですよ！

http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/2-3-0-0/2-3-3-1yanngu.html
http://hooktail.sub.jp/quantum/youngexp1/

　単スリットは光の位相をそろえるのが目的ですから、角度は結果に関係ありません。

　2本のスリットの位置がスクリーンに対して等距離でなかったのなら、その角度でスクリーンまでの距離がどれだけ変わるかを計算すればよいだけのことです。

　どのような原理で縞模様（明点と暗点）ができるのか、その原理が分かれば、角度がある場合の明点と暗点の位置も計算できるはずです。

お礼

ありがとうございます。ヤングの実験ではそうですね、間違った質問してごめんなさい

補足

すみません、間違った質問をしてしまいました。なにせ質問するのが、初めてのもので修正方法がわからなかったのです。
ヤングの実験ではなくて、単スリットでした。
実験の際にスリットとして、ノギスを用いたのですが、はじめレーザーにたいして角度がずれていたのか明点が左にずれてました。それで、角度が関係するのかなと思い質問しました。ヤングの場合だと、単スリット、二重スリット、スクリーンの順番ですが、今回の実験の場合だと、レーザー、単スリット、スクリーンの順番です。