An’s Physics Lecture 시뮬레이터

WAVES & VIBRATIONS

파동의 회절

파장과 틈의 폭을 바꾸며 파동이 퍼지는 정도를 비교한다.

시작 대기
t0.00 s
파장 ÷ 슬릿 폭\frac{\lambda}{d}
—
첫 최소각 (원거리)\theta_1
—°
진동수f
—Hz

파동장과 원거리 이론

왼쪽은 평면파, 오른쪽은 슬릿을 같은 위상의 48개 점파원으로 나눈 2차원 스칼라 하위헌스 합성이다. 원통형 퍼짐의 진폭 \propto\frac{1}{\sqrt{r}}을 사용한다. 색은 순간 변위의 부호와 크기를 나타내며, 빨리 파랗게/주황으로 바뀌는 점이 이동하는 물질은 아니다. 슬릿 벽의 정확한 경계값·반사·에너지 유량은 풀지 않는 정성적 정상상태 그림이다.

f=\frac{v}{\lambda},\qquad d\sin\theta_m=m\lambda

아래 그래프는 균일한 단일 슬릿의 원거리 강도를 별도로 계산한 것이다. 장면의 근거리 색을 그대로 측정한 값이 아니다.

\frac{I}{I_0}=\left(\frac{\sin\beta}{\beta}\right)^2,\qquad\beta=\frac{\pi d\sin\theta}{\lambda}

\lambda>d이면 첫 최소각이 존재하지 않는다. \lambda=d에서는 \theta_1=90^\circ이다. 점선은 원거리 최소의 방향만 표시한다. 오른쪽장 진폭은 고정한 기준으로 색 범위에 잘릴 수 있다.

조작과 초기화

슬라이더 또는 오른쪽 값을 직접 입력하고 Enter나 Tab으로 확정한다. 물리 조건을 바꾸면 시간을 0으로 되돌리고 정지한다. 관측 위치와 표시 도구 변경은 시간을 유지한다. 처음으로는 현재 조건을 유지하고, 전체 초기화는 조건·배속·표시 도구도 기본값으로 되돌린다.

Space 재생·일시정지 · → 정지 중 0.025 s 진행 · R 처음으로 · F 집중 모드 · Esc 창·집중 모드 닫기. 입력칸에서는 화살표를 원래의 값 조절에 사용한다. 그림 위 두 손가락 확대·축소와 스크롤을 허용한다.

회절 조건

\sin\theta_1=\frac{\lambda}{d}

해 보기 같은 파장에서 넓은 틈과 좁은 틈을 번갈아 누른다. 좁은 틈의 중앙 최대가 더 넓어지는지 확인한다.

첫 최소각의 존재

\lambda>d\quad\Longrightarrow\quad\text{no first minimum}

해 보기 파장 1.00 m, 슬릿 폭 0.50 m를 입력한다. 최소각이 ‘없음’인지 확인한다.

속력과 진동수

f=\frac{v}{\lambda}

해 보기 파장과 틈은 그대로 두고 속력만 바꾼다. 퍼짐의 모양은 같고 진동수만 달라진다.