Işığın Çift Yarıkta Girişimine Etki Eden Değişkenler

Aynı anda titreşen noktasal dalga kaynaklarının su yüzeyinde oluşturduğu dairesel su dalgalarının birbiri içinden geçerken girişim oluşturduğu daha önce gözlemlemiştik. Su dalgalarında gözlenen girişim olayı ışık dalgalarında da gözlemlenebilir mi?

Işık dalgalarında girişim olayı ilk kez 1801 yılında Thomas Young tarafından ortaya konulmuştur. Young, yaptığı deneyde ışık ışınlarının uygun koşullarda birbiriyle girişim yaptığını göstererek ışığın dalga doğasını açıklamıştır. 

İki kaynaktan çıkan ışık dalgalarının girişim yapması ilk olarak 1801 yılında Thomas Young tarafından gösterildi. Young, tasarladığı bu deneyle tek renkli ışık kaynağından çıkan ışınların çift yarıktan oluşan bir düzlemden geçtikten sonra yapıcı veya yıkıcı (yok edici) girişim yaptıklarını göstermiştir. Bir yarıktan çıkan dalga tepesiyle (veya çukuruyla) diğer yarıktan çıkan dalga tepesinin (veya çukurunun) birbirini desteklediği bölgelerde aydınlık bölgeler oluşmaktadır. Yarıklardan birinden gelen dalga çukuruyla diğerinden gelen dalga tepesinin birbirini sönümlediği bölgelerde ise karanlık bölgeler meydana gelmektedir. Bu aydınlık ve karanlık bölgelere saçak adı verilir. Girişim deseninde komşu iki aydınlık ya da karanlık saçakların orta noktalarını birleştiren çizgiler arasındaki uzaklığa saçak aralığı denir.

Karanlık bir odada hava ortamında yapılan Young deneyinde ışık ışınları tek yarıklı bir engelden geçerek yukarıdaki gibi S1 ve S2 yarıklı engele ulaşır.

Aynı anda çalıştırılan iki ışık kaynağı gibi davranan bu iki yarıktan geçen ışık ışınları, ekranda aşağıdaki gibi aydınlık ve karanlık saçaklar oluşturur.

Oluşan tüm saçakların genişliği aynıdır. Yarıkların orta dikmesi üzerinde ve genişliği diğer saçakların genişliği ile aynı olan merkezî aydınlık saçak (A0) oluşur. Merkezî aydınlık saçağın iki tarafında simetrik olarak karanlık ve aydınlık bölgeler sıralanır. Aydınlık bölgelere aydınlık saçak, karanlık bölgelere karanlık saçak denir.

Ardışık iki aydınlık ya da karanlık saçak arasındaki mesafeye saçak genişliği denir. Saçak genişliği ∆x sembolüyle gösterilir. Saçak genişliği kullanılan ışığın rengine yani dalga boyuna (λ) bağlıdır. Işığın dalga boyu büyüdükçe saçak genişliği büyür.

Burada λ ışığın dalga boyunu, L perde ile ekran arasındaki uzaklığı, d yarıklar arası mesafeyi, n ortamın kırma indisini ifade eder. Ortamın kırma indisi artarsa ∆x formülüne bakıldığında saçak genişliğinin azalacağı görülecektir.

Yeşil ışık yerine kırmızı ışık kullanıldığında daha geniş saçaklar elde edilir. Bunun sebebi kırmızı ışığın görünür bölgedeki en uzun dalga boylu ışık olmasıdır. Saçak aralığı  kullanılan ışığın dalga boyu ile doğru orantılıdır. 

Işık tanecikli yapı özelliğini mi, dalga özelliğini mi kullanır?

Çift yarıkta girişim deneyinde ışık girişim yapmaktadır. Işık, eğer bu olayda tanecik gibi davransaydı

yukarıdaki gibi bir görüntü ortaya çıkardı. Ancak ortaya görsel aşağıdaki gibidir. Yaptığınız deney ve simülasyonlarda da gözlemlediğiniz gibi çift yarıkla yapılan girişim deneyinde ekranın tam ortasında merkezî aydınlık saçak oluşur. Merkezî aydınlık saçağın sağında ve solunda simetrik olarak karanlık ve aydınlık saçaklar meydana gelir.

Işığın Çift Yarıkta Girişimine Etki Eden Diğer Değişkenler

1. Işık kaynağının ışık şiddeti artırılırsa girişim deseninin yerinde ve saçak genişliğinde değişiklik olmaz. Işık akısı artacağından aydınlık saçakların parlaklığı artar.

2. Işık kaynağı yarık düzlemine yaklaştırılırsa girişim deseninin yerinde ve saçak genişliğinde bir değişiklik olmaz. Işık akısı artacağından aydınlık saçakların parlaklığı artar.

3. Işık kaynağı yarık düzlemine paralel hareket ettirilerek K noktasından K’ noktasına çekildiğinde ışık kaynağı S2 yarığından uzaklaştığı için S2 yarığına ışık daha geç ulaşır. Birbirine doğru aynı büyüklükteki hızla harekete geçen araçların, harekete geç başlayan araca yakın bir noktada buluşması gibi girişim desenini oluşturan noktalar da geciken kaynak tarafına kayar. Bu nedenle merkezî aydınlık saçak A0 noktasında oluşur. Saçak genişliği değişmez.

4. Yarıklar düzlemi ile ekran arası kırıcılık indisi havaya göre daha büyük olan saydam bir ortamla doldurulursa havadan saydam ortama geçen ışığın ortalama hızı azalır ve dalga boyu küçülür. Bu nedenle saçak genişliği azalır. Merkezî aydınlık saçağın yeri değişmez.

5. Yarıklar düzlemi döndürülürse yarıklar arasındaki dik uzaklık azalacağından saçak genişliği artar. Merkezî aydınlık saçağın yerinin değişip değişmeyeceği hakkında kesin bir şey söylenemez.

6. Yarıklardan birinin önüne saydam madde konulursa S1 yarığından geçen ışık geç kalır. Bu nedenle merkezî aydınlık saçak S1 yarığı tarafına kayar. Saçak genişliği değişmez.

7. Ekran döndürülürse ekranın yarıklardan uzaklaşan bölümünde saçak genişlikleri artarken yarıklara yaklaşan bölümünde saçak genişliği azalır. Merkezî aydınlık saçağın yeri değişmez.

Simülasyon