파동의 회절

틈에서의 회절

틈을 통과해서 다양한 형태의 회절무늬를 만든다.

아래는 좁은 틈을 통과한 파동이 회절되는 것을 정교하게 계산해서 그 결과를 그래프로 보여주는 프로그램이다. 이 구성은 파원이 아주 멀리 있는 프라운호퍼 회절이 되면 빛의 단일슬릿 회절에서 취급한 상황이 된다. 또한 여기서처럼 파원이 적절한 거리에 있으면 '슬릿의 프레넬 회절' 에서 빛에 대해 프레넬 적분을 도입해서 근사적으로 해석하고 있는 내용과 거의 동일하다.

프로그램 설명

1. 앞서 설명한 2차원에서의 회절이론을 적용하여 틈을 통과하는 파동의 진폭이나 세기의 분포를 계산한다.

2. 앞의 '장벽에서의 회절'과 같은 환경으로 프로그램을 운용할 수 있다.

3. 열려있는 틈의 폭은 두 장벽을 마우스로 끌어서 변경할 수 있으며, 중앙점은 좌표 원점이다.

4. 파장은 '파장' 슬라이더로 5 ~ 200 의 범위에서 조절할 수 있다.

관찰 사항

1. 정교한 데이터는 'Copy Data'로 얻을 수 있다. 파장과 틈 간격을 달리해서 데이터를 취득해서 Excel 등으로 그래프를 그리거나 분석하라.

2. 처음 주어진 조건에서 파장을 줄이면 틈에 가려지지 않은 부분의 진폭이 세고 약한 지점이 교대로 분포되는 경우가 있다. 이 간격이나 반복 횟수가 파장이나 틈의 간격에 어떻게 의존하는가? 그림을 통하여 비교·분석하라.

3. 파원을 멀리 두고, 파장을 줄여 나갈 때 회절무늬는 점차 슬릿의 범위로 모여들고 간섭 무늬는 점점 조밀해질 것이다. 파장을 5 보다 더 줄여서 실험할 수는 없지만 그 경향은 예측할 수 있다. 0 의 극한으로 가면 어떤 결과가 나타날까를 예측해 보라. 또한 그러한 결과가 나타나는 이유에 대해 설명해 보라.

4. 일반적으로 파장과 장벽의 규모, 파원과 관측점과의 거리 등이 어때야 파동의 회절특성이 극명하게 나타날 지를 다양한 조건에서의 실험을 통해서 알아보라.

5. 이 실험과 비슷한 환경으로 수조의 물을 담아서 수면파로 실험한다면 어떻게 구성해야 할까? 가능하다면 이러한 구성으로 실제 실험을 수행해서 결과를 관찰하고 이 프로그램의 결과와 비교해 보자.

6. 틈의 간격과 파장의 크기의 변화에 따라 틈에 가려진 부분의 진폭의 세기가 어떻게 변하는지를 적절한 표로 작성하고 이를 그래프를 그려서 결과를 분석해 보라.

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