Difrakce bílého světla na kompaktním disku

Pokus číslo: 1840

  • Cíl pokusu

    Cílem experimentu je demonstrovat rozklad bílého světla na barvy pomocí CD, které hraje roli reflexní optické mřížky.

  • Teorie

    V experimentu Difrakce bílého světla na optické mřížce je popsán mechanismus vzniku difrakčních maxim při průchodu bílého světla optickou mřížkou složenou z velkého množství ekvidistantních štěrbin. Kompaktní disk (CD) je se svojí strukturou velmi blízkých ekvidistantních vrypů analogií optické mřížky, kde ovšem difrakční jevy nevznikají díky prošlým, ale díky odraženým světelným vlnám – o CD se proto někdy hovoří jako o tzv. reflexní mřížce.

    Na obr. 1 je znázorněn průřez kompaktním diskem – šířka vrypu je značena \(y\), šířka proužku neporušeného povrchu disku \(x\). Jeden proužek a jeden vryp společně tvoří tzv. difrakční element o šířce \(b=x+y\), kde \(b\) je mřížková konstanta, pro standardní CD: \(b=1600\,\mathrm{nm}\).

    Obr. 1: Struktura kompaktního disku

    Difrakční obrazec pak vzniká interferencí světelných vln vznikajících dle Huygensova principu na proužcích neporušeného povrchu disku.

  • Pomůcky

    Kompaktní disk, zdroj (ideálně bílého) světla, stojan.

  • Postup

    1. Kompaktní disk přelepte na jeho záznamové straně z větší části papírem tak, aby jako optická mřížka fungovala pouze malá část disku (obr. 2 vlevo).

    2. Upevněte CD před zdroj světla (obr. 2 vpravo), zapněte zdroj a pozorujte difrakční obrazec.

    Obr. 2: Úprava a upevnění kompaktního disku
  • Vzorový výsledek

    Obrázek 3 ukazuje rozklad bílého světla na barvy získaný pomocí difrakce na kompaktním disku. Kromě bílého centrálního maxima a maxim 1. řádu lze na levé stěně pozorovat také maximum 2. řádu.

    Obr. 3: Difrakční obrazec získaný pomocí kompaktního disku
  • Technické poznámky

    Je vhodné učebnu, ve které experiment provádíte, alespoň částečně zatemnit, spektrum je pak lépe viditelné.

  • Metodické poznámky

    • Při provádění experimentu je důležité studenty upozornit, že na optické mřížce nedochází k „běžnému“ odrazu světla a pro vysvětlení ohybových obrazců je nezbytné brát v potaz vlnovou povahu světla.

    • Celý experiment můžete provést se zdrojem monochromatického světla, například laserovým ukazovátkem. Naměřením polohy \(n\)-tého maxima pak lze ověřit mřížkovou rovnici (z vlnové délky laseru dopočítat mřížkovou konstantu či naopak). Tento výpočet je popsán v experimentu Difrakce monochromatického světla na kompaktním disku.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: proveditelné s jednoduchými pomůckami
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Multimediální encyklopedie fyziky