물리:바비네의_원리

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물리:바비네의_원리 [2023/11/09 21:39] – created admin물리:바비네의_원리 [2023/11/09 21:42] – [응용] admin
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 불투명한 물체에 의한 프라운호퍼 회절 무늬가 그 물체 모양으로 생긴 슬릿에 의한 회절 무늬와 같다고 하는 원리. 단, 스크린 중앙부의 밝은 지점은 제외한다. 불투명한 물체에 의한 프라운호퍼 회절 무늬가 그 물체 모양으로 생긴 슬릿에 의한 회절 무늬와 같다고 하는 원리. 단, 스크린 중앙부의 밝은 지점은 제외한다.
  
-======설명=====+======설명======
 보통 설명에서 생략되지만 기본적으로 아주 넓은 슬릿이 놓여있다고 생각하는 편이 이해하기 쉽다. 슬릿의 너비를 $a$라 하자. 아래 그림처럼 평면파가 들어오면 스크린에 비치는 회절 무늬의 폭은 $a$에 반비례하므로 스크린 중앙부의 매우 좁은 영역에 에너지가 집중될 것이다. 예를 들어 아래 그림에서 화살표로 표시된 부분은 스크린 중앙부에서 약간 벗어나 있으므로 어두울 것이다. 보통 설명에서 생략되지만 기본적으로 아주 넓은 슬릿이 놓여있다고 생각하는 편이 이해하기 쉽다. 슬릿의 너비를 $a$라 하자. 아래 그림처럼 평면파가 들어오면 스크린에 비치는 회절 무늬의 폭은 $a$에 반비례하므로 스크린 중앙부의 매우 좁은 영역에 에너지가 집중될 것이다. 예를 들어 아래 그림에서 화살표로 표시된 부분은 스크린 중앙부에서 약간 벗어나 있으므로 어두울 것이다.
  
 {{:물리:babinet1.png?400|}} {{:물리:babinet1.png?400|}}
  
-이제 넓었던 슬릿의 중앙부에 더 좁은 슬릿을 끼워넣자 (하늘색). 슬릿이 좁아졌으므로 회절 무늬는 넓어진다. 아까 화살표로 표시했던 스크린의 지점에 극대점이 만들어져 밝은 띠가 만들어졌다고 가정하자.+이제 넓었던 슬릿의 중앙부에 더 좁은 슬릿을 끼워넣자 (하늘색). 슬릿이 좁아졌으므로 회절 무늬는 넓어진다. 아까 화살표로 표시했던 스크린의 지점에 극대점이 만들어져 밝은 띠가 보인다고 가정하자.
  
 {{:물리:babinet2.png?400|}} {{:물리:babinet2.png?400|}}
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 전자기파의 중첩을 생각해보면 마지막 두 그림의 빛을 합했을 때에 처음 그림의 결과가 나와야 할 것이다. 화살표 부분을 생각해보면 첫 번째 그림에서 그 지점이 어두웠으므로, 중첩의 결과는 상쇄간섭이어야 한다. 그리고 두 파동 사이에 상쇄간섭이 일어나기 위해서는 진폭이 같고 위상에서 $\pi$만큼의 차이가 나야 할 것이다. 전자기파의 중첩을 생각해보면 마지막 두 그림의 빛을 합했을 때에 처음 그림의 결과가 나와야 할 것이다. 화살표 부분을 생각해보면 첫 번째 그림에서 그 지점이 어두웠으므로, 중첩의 결과는 상쇄간섭이어야 한다. 그리고 두 파동 사이에 상쇄간섭이 일어나기 위해서는 진폭이 같고 위상에서 $\pi$만큼의 차이가 나야 할 것이다.
  
-우리가 스크린에서 회절 무늬의 밝고 어두움을 관찰할 때, 위상 정보는 지워지며 빛의 강도는 진폭의 제곱으로부터 결정된다. 이는 마지막 그림 상황에서 화살표 부분의 밝기가 두 번째 그림에서의 밝기와 **일치해야** 한다는 것을 의미한다. 첫 번째 그림에서 어두웠던 부분 전부에 대해 같은 논리로, 물체에 의한 회절 무늬가 물체 모양 슬릿의 회절 무늬와 일치해야 함을 논할 수 있다. 단, 첫 번째 그림에서 스크린 중앙부의 매우 좁은 영역은 밝았으므로, 거기에서는 이 논리가 적용되지 않는다.+우리가 스크린에서 회절 무늬의 밝고 어두움을 관찰할 때 위상 정보는 지워지며 빛의 강도는 진폭의 제곱으로부터 결정된다. 이는 마지막 그림 상황에서 화살표 부분의 밝기가 두 번째 그림에서의 밝기와 **일치해야** 한다는 것을 의미한다. 첫 번째 그림에서 어두웠던 부분 전부에 대해 같은 논리로, 물체에 의한 회절 무늬가 물체 모양 슬릿의 회절 무늬와 일치함을 논할 수 있다. 단, 첫 번째 그림에서 스크린 중앙부의 매우 좁은 영역은 밝았으므로 거기에서는 이 논리가 적용되지 않는다.
  
-=====응용===== +======응용====== 
-머리카락에 레이저를 회절시켰을 때 생긴 회절 무늬는 그 머리카락 굵기만큼의 너비를 가진 슬릿에 의한 회절 무늬와 같다. 따라서 레이저의 파장을 알고 머리카락으로부터 스크린까지의 거리를 잰다면 회절 무늬의 극소점 위치를 찾아봄으로써 머리카락의 굵기를 측정할 수 있다.+머리카락에 레이저를 회절시켰을 때 생긴 회절 무늬는 그 머리카락 굵기만큼의 너비를 가진 단일 슬릿에 의한 회절 무늬와 같다. 따라서 레이저의 파장을 알고 머리카락으로부터 스크린까지의 거리를 잰다면 회절 무늬의 극소점 위치를 찾아봄으로써 머리카락의 굵기를 측정할 수 있다.
  
-=====참고문헌=====+======참고문헌======
   * https://ocw.mit.edu/courses/8-02t-electricity-and-magnetism-spring-2005/c33f6ad41b1ee66a506860b1c54b23a5_presentati_w14d2.pdf   * https://ocw.mit.edu/courses/8-02t-electricity-and-magnetism-spring-2005/c33f6ad41b1ee66a506860b1c54b23a5_presentati_w14d2.pdf
   * https://web.mit.edu/8.03-esg/watkins/8.03/Babinet.pdf   * https://web.mit.edu/8.03-esg/watkins/8.03/Babinet.pdf
   * https://youtu.be/6nFdmI2Ox6M?si=OrbiuIj7oDqELk5P   * https://youtu.be/6nFdmI2Ox6M?si=OrbiuIj7oDqELk5P
  
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