L’esperimento di Young

L’affermarsi della teoria ondulatoria della luce sulla teoria corpuscolare fu dovuta in particolare modo all’esperimento condotto dal fisico inglese Thomas Young, grazie al quale fu evidenziato il fenomeno dell’interferenza da parte delle onde luminose; questo esperimento, inoltre, permise anche di determinare la lunghezza d’onda della luce.

L’esperimento consisteva nell’utilizzare una sorgente luminosa monocromatica, che proiettava un fascio di luce all’interno di una fenditura; la luce ottenuta veniva poi convogliata su una parete liscia, che presentava altre due fenditure; passando attraverso di esse, la luce veniva proiettata su uno schermo liscio retrostante.

La luce proiettata non appariva come una striscia luminosa continua, ma presentava l’alternarsi si frange luminose e frange scure, dette frange di interferenza; in particolare, le strisce luminose centrali erano più brillanti di quelle esterne.

L’effetto ottenuto può essere spiegato prendendo in considerazione il fenomeno dell’interferenza luminosa.

Quando la luce passa attraverso la doppia fenditura, il fascio di luce iniziale si divide in due fasci, ognuno dei quali passerà da una delle due fenditure. Ovviamente, i nuovi fasci creati sono uguali tra loro e a quello di partenza. Propagandosi dello spazio, e venendo in contatto tra loro, essi si incontrano, e danno luogo all’interferenza luminosa.

Il fisico Young, quindi, spiego il suo esperimento affermando che le frange luminose fossero dovute all’interferenza costruttiva di onde luminose, mentre le frange scure all’interferenza distruttiva.

 

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Questo esperimento mostra che la luce non si propaga in linea retta, ma le onde che fuoriescono dalle due fenditure sono onde circolari (o cilindriche, in base alla forma della fenditura).

Questo comportamento è spiegabile considerando un’altra caratteristica della luce, cioè la diffrazione, e il fatto che essa subisca una deviazione della traiettoria nel caso in cui si trovi di fronte ad un ostacolo.

Nel caso delle fenditure, infatti, possiamo considerare che esse agiscano come delle nuove sorgenti luminose, che generano i nuovi fasci di luce, che si diffondono così in tutte le direzioni, dando luogo ad onde sferiche.

Inoltre, possiamo spiegare come mai la striscia luminosa centrale sia più luminosa delle altre: essa, infatti, è equidistante dalle due fenditure, e quindi riceve le onde luminose in fase, in quanto i massimi delle due onde, che sono uguali, partono dalle fenditure nello stesso momento.

 

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La prima fascia scura laterale, invece, riceve l’onda di una fenditura in modo perpendicolare, e l’onda proveniente dall’altra con un angolo di deviazione rispetto alla normale; di conseguenza, le distanze delle onde ricevute dalle rispettive fenditure è diversa, e esse differiscono per un fattore λ/2.

In questo caso, quindi, la sovrapposizione delle onde da luogo ad un’interferenza distruttiva, che fa si che non arrivi luce e punto considerato, che appare quindi come una striscia oscurata.

 

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La terza banda luminosa, invece, riceve le onde emesse da entrambe le fenditure con un angolo di deviazione rispetto alla normale;  questa volta. però, la distanza tra il punto di ricezione e le rispettive sorgenti differisce per un multiplo di λ.

In questo caso, quindi, la sovrapposizione delle onde dal luogo ad un’interferenza costruttiva, cosicché la zona considerata presenta una fascia luminosa, che risulta, però, meno brillante di quella centrale.

 

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L’esperimento di Young, come abbiamo detto, permise anche di determinare la lunghezza d’onda delle onde luminose. Tale grandezza dipende da tre distanze: la distanza tra le due fenditure dalle quali passano i raggi luminosi (d), la distanza che separa due frange luminose sullo schermo retrostante (y), e la distanza che separa lo schermo da cui partono i due raggi di luce da quello su cui si proiettano le frange (l); la relazione che permette di determinare la lunghezza d’onda è la seguente:

$λ = frac(yd)(l)$

 

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