物理理科電磁気学・光学・天文学

光の干渉性を証明した「ヤングの実験」を理系学生ライターがわかりやすく解説!

今回は「ヤングの実験」について解説していきます。

「ヤングの実験」は、光が干渉性をもつことを証明した有名な実験です。この実験について理解を深めると、光の色々な性質について学ぶことができるぞ。ぜひ、この機会に「ヤングの実験」について学んでみてくれ。

塾講師として物理を高校生に教えていた経験もある通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していきます。

ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻しており、物理学も幅広く勉強している。塾講師として物理を高校生に教えていた経験から、物理の学習において、つまずきやすい点や勘違いしやすい点も熟知している。

ヤングの実験とは?

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波動現象としてとらえることができ、他の波と同様に、反射屈折回折干渉などを観察することができます。これらは、いずれも波動現象に特有のものです。ヤングの実験は、光が干渉性をもつことを証明した実験で、1800年ごろにトーマス・ヤングが行いました。

ヤングの実験は、光に関する実験の中では、非常に有名です。また、ヤングの実験を学習すると、光の性質についての理解も深まります。そのため、多くの高校物理の教科書に、ヤングの実験が掲載されていますよ。大学入試などでも頻繁に出題されます。

この記事では、ヤングの実験で使う装置について説明した後、ヤングの実験でみられる現象を数式で表現する方法を解説しますね。教科書に載っていないような発展的な内容も扱いますので、ぜひ最後まで読んでみてください。

ヤングの実験の方法

ヤングの実験の方法

image by Study-Z編集部

ヤングの実験は、可干渉性(コヒーレント)が担保された光源2つの穴が開いているスリットスクリーンを図のように平行に並べて行いますよ。光源からスリットに対して下した垂線の足が、2つの穴の中点に一致するように、光源とスリットを配置するのが一般的です。これは、光源から発された光が、同じタイミングで、2つの穴を通過するようにするためですよ。

そして、スリットからスクリーンまでの距離は、光源からスリットまでの距離よりも、十分に大きくなるようにします。これは、近似によって求められた実験結果の計算と実際の実験結果の誤差を小さくするためですよ。

また、可干渉性(コヒーレント)が担保されている光源とは、発される波が時間的かつ空間的に揃っている光のことです。このような光源を使うことで、綺麗な干渉縞が見られます。レーザー光は、可干渉性(コヒーレント)が担保されている光源です。LEDや電球から発される光は、可干渉性(コヒーレント)が担保されているとは言えないことが多いですよ。

可干渉性(コヒーレント)が担保されていない光源を使う場合は、光源と2つの穴が開いているスリットの間に、1つの穴が開いているスリットを追加します。このようにすることで、可干渉性(コヒーレント)を確保することができるのです。

ヤングの実験でみられる現象を数式で表現しよう!

ヤングの実験でみられる現象を数式で表現しよう!

image by Study-Z編集部

ここでは、ヤングの実験でみられる現象を数式で表現する方法を説明します。図に示したような、実験装置を想定していますよ。光源は波長λ単色光を発する可干渉性(コヒーレント)が担保されたレーザーとし、2つの穴が開いているスリットとスクリーンの距離はLスリットの2つの穴はdだけ離れているとします。

\次のページで「光路差を求める」を解説!/

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