tweespletenexperiment

Laura stelde deze vraag op 09 februari 2022 om 15:20.
Hoi,
Voor natuurkunde moeten we werkbladen maken over het tweespletenexperiment.
Er wordt gevraagd hoe de afstand tussen de buiken afhangt van de spleetafstand. We moeten dit eerst onderzoeken in een applet en daarna verklaren dmv de golflengte en de onbepaaldheidsrelatie. 
Als ik de formules van de golflengte en de onbepaaldheidsrelatie zie in binas, zou ik zeggen dat de afstand tussen de buiken gelijk blijft. Aan de andere kant denk ik dat de afstand tussen de buiken groter wordt. 
Zou iemand me kunnen helpen aan het goede antwoord?
Groetjes

Reacties

Jaap op 09 februari 2022 om 15:56
Dag Laura,
Je hebt inderdaad de formule van de onbepaaldheidsrelatie van Heisenberg nodig.
Bovendien de formule voor het verband tussen de hoek waar een buik ontstaat, de golflengte en de afstand d tussen de twee spleten. Heb je die formule ook al genoteerd?
We kunnen niet vaststellen door welke van beide spleten een foton gaat. (Als je dat wel door meting vaststelt, verpest je het patroon van buiken en knopen.) Daarom kun je d opvatten als de onbepaaldheid in de plaats, in de richting langs de plaat-met-de-spleten.
Stel dat je de afstand tussen de spleten verkleint. Wat volgt hieruit volgens de onbepaaldheidsrelatie? Wat betekent dat voor de afstand tussen de buiken op je scherm?
Groet, Jaap
Laura op 09 februari 2022 om 16:05
Bovendien de formule voor het verband tussen de hoek waar een buik ontstaat

Hoi Jaap,
Ik weet niet welke formule u bedoelt met deze zin. 
Als in de onbepaaldheidsrelatie dx kleiner wordt, zou volgens mij dp groter groter moeten worden maar daaruit kan ik de afstand tussen de buiken op het scherm niet afleiden. 
Theo de Klerk op 09 februari 2022 om 16:28
Een spleet is niet oneindig smal. Er is dus een onzekerheid Δx gelijk aan de spleetbreedte waar het elektron door de spleet kan schieten. Als de onzekerheid in Δx verandert (andere spleetbreedte), dan heeft dat gevolgen voor de onzekerheid in de impuls in die richting (en dus snelheid) omdat Δpx > h/(4π Δx)  ).
Het is dus niet meer zo zeker dat een passerend elektron rechtdoor gaat door de spleet. Misschien buigt het wel een beetje af omdat het naast (de voornaamste) snelheid recht vooruit nu ook een snelheid opzij heeft.

Daarnaast is de afstand tussen de spleten van belang - als elektronen zich als materiegolf gedragen dan interfereren de golven uit beide spleten zoals alle golven doen.
Jaap op 09 februari 2022 om 19:15
Dag Laura,
Voor "de formule voor het verband tussen de hoek waar een buik ontstaat, de golflengte en de afstand d tussen de twee spleten": zie Binas tabel 35B4 (als je Binas hebt). De formule staat in de kolom "overige" en staat niet in de officiële "syllabus" voor het centraal examen van het vwo in Nederland. In de syllabus staat wel "De kandidaat kan het dubbelspleet-experiment beschrijven en de betekenis ervan uitleggen". In een centraal examen wordt zo'n formule dikwijls bij de opgave vermeld met een korte uitleg en moet je ermee kunnen werken.
Inderdaad wordt Δpx groter als Δx (alias d) kleiner wordt. In dit geval is Δpx de impuls van het foton in de x-richting, dat wil zeggen langs (evenwijdig aan) de plaat-met-de-spleten. Impuls is, losjes gezegd, de hoeveelheid beweging. Een kleinere Δx (oftewel d tussen de spleten) gaat samen met een grotere "hoeveelheid beweging" van het foton in x-richting. Het foton komt dan meer … (waar?) op het scherm. Waarheen verschuift de buik op het scherm als veel fotonen dit doen?
De onderstaande figuur gaat over een enkele spleet, maar geldt op een soortgelijke manier voor een dubbelspleet, waarbij Δx niet de breedte van de enkele spleet is doch de afstand tussen de twee spleten.
Groet, Jaap

Bron: https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu
Theo de Klerk op 09 februari 2022 om 19:24
Lees wel goed wat men met "d" bedoelt: soms is het de afstand tussen de spleten (ook wel tralieconstante genoemd), soms de breedte van een spleet.
Laura op 09 februari 2022 om 20:36
Hoi Jaap, 
Als d groter is en de spleten dus verder uit elkaar liggen, denk ik dat de dp,x van een foton groter wordt waardoor de buiken dus dichter bij elkaar komen te liggen bij een grotere spleetafstand. Begrijp ik het dan goed, of komen de buiken juist verder van elkaar af te liggen, omdat dp,x kleiner wordt? 
Jaap op 09 februari 2022 om 21:20
Dag Laura,
Je logica van 20.36 uur ontgaat me.
Wel geldt wat je eerder schreef: als Δx (alias de afstand d tussen de twee spleten) kleiner wordt, wordt Δpx groter. Laten we zien wat dit betekent voor de afstand tussen de buiken op het scherm.
In de grotedingenwereld zijn we gewend dat een bal gewoon rechtdoor rolt over de grond. De bal wijkt alleen naar opzij af als daar een aanwijsbare oorzaak voor is, zoals zijwind.
In de kleinedingenwereld gaat het anders. De meeste fotonen bewegen gewoon rechtdoor nadat ze door de laser zijn uitgezonden. Zij gebruiken hun volledige "hoeveelheid beweging" p in voorwaartse richting, de y-richting. Echter, sommige fotonen bewegen niet alleen voorwaarts, maar zonder aanwijsbare oorzaak ook een beetje opzij. Zij gebruiken een klein deel van hun hoeveelheid beweging opzij. Dat deel heet Δpx in de figuur. Niemand weet hoe dat komt, maar op het scherm blijkt dat het wel gebeurt.
Heisenberg: een kleinere Δx gaat samen met een grotere Δpx dus meer beweging opzij, verder opzij. Als veel fotonen dit doen, ontstaat een buik verder opzij. De afstand tussen de buiken wordt dan …?
Heb je de formule voor zo'n tweespletenproef al gevonden in Binas? Stemt de bovenstaande redenering overeen met die formule?
Groet, Jaap
Laura op 09 februari 2022 om 21:43
Hoi Jaap,
Ik denk dat ik een klein beetje in de war was, ik realiseer me nu namelijk dat een buik de "bolle" kant van een golf is. Dat betekent volgens mijn dat de afstand tussen twee buiken groter is als de spleetafstand groter wordt.
Of zit ik er nog steeds naast? :)
Jaap op 09 februari 2022 om 21:58
Dag Lisa,
Als simpele geest snap ik niet wat je met de bolle kant van een golf bedoelt. Bij een buik op het scherm worden veel fotonen gedetecteerd.
Heisenberg: bij een kleinere Δx (alias d) is Δpx groter → een foton beweegt (behalve vooruit ook) verder opzij. Als veel fotonen dit doen, ontstaat een buik verder opzij. De afstand tussen de buiken op het scherm wordt dan groter.
In de tweespletenformule uit Binas geldt: hoe verder een buik opzij ontstaat, hoe groter hoek α. In de bovenstaande figuur is α de hoek tussen de schuine lijn en de horizontaal.
Samengevat: een kleinere d gaat samen met grotere afstand tussen de buiken en een grotere α.
Stemt dit overeen met de tweespletenformule uit Binas?
Groet, Jaap
Laura op 09 februari 2022 om 22:24
Volgens mij stemt dit idd overeen met de tweespletenformule uit Binas, want volgens mij gaat een kleinere d idd samen met een grotere afstand tussen de buiken en een grotere a, want een kleinere d zorgt voor een hoger getal in de formule sin^-1 (...). Dat zorgt voor een grotere a.
Jaap op 09 februari 2022 om 22:29
Dag Laura,
Goed gezegd, je begrijpt hoe het zit. Kun je nu verder met je werkbladen?
Groet, Jaap
Laura op 09 februari 2022 om 23:06
Hoi Jaap,
Heel erg bedankt voor je hulp en het geduld! Ik ga er van de week mee verder!
Jaap op 09 februari 2022 om 23:43
Dag Laura,
Je hebt het al geraden: de beantwoorders hier hebben er plezier in als ze iemand stap voor stap wat verder kunnen helpen. Dat is me meer waard dan bitcoins :-)
Succes met het vervolg.
Groet, Jaap

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft achttien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)