Double Slit Experiment Met Water

In dit experiment wordt het double slit experiment uitgevoerd met elektronen nagebootst, maar nu gebruikmakend van watergolven. Hiervoor worden vlakke watergolven afgestuurd op een dubbele opening, waardoor de golven worden afgebogen en er een interferentiepatroon verschijnt.

Benodigdheden

Waterbak

• Platen van PVC (LxB) (dikte = 5 mm)

a. 2x plaat van 300 mm x 200 mm

b. 2x plaat van 590 mm x 200 mm

• Perspex plaat: 600 mm x 300 mm (dikte = 9 mm)
• Perspex plaat: 426 mm x 310 mm (dikte = 9 mm)
• 4x ijzeren hoekanker

Golfgenerator

• IJzeren staafje van 30 cm lang
• IJzeren balkje van 20 cm breed
• IJzerdraad
• Moer die om ijzeren staafje past
• Ringetje dat om ijzeren staafje past

Overig

• Projectorbak
• Arduino + USB kabel
• Servomotor
• Potentiometer

• Klein schroefje dat in de vleugel past die bij de servomotor wordt geleverd

• Draadjes voor aansluiting Arduino en potentiometer op breadboard

• Powerbank
• Ducttape

Gereedschap

• Lijm + lijmpistool
• Kit + kitpistool
• Lijmklemmen
• Boormachine
• Lasersnijder

Op maat snijden

Begin met het op maat snijden van alle benodigde de platen indien dit nog niet gebeurd is.

Voor de schotjes kunnen bijgevoede .dxf bestanden worden gebruikt voor het lasersnijden van de 426 mm x 310 mm perspex plaat.

Gat boren voor golfgenerator

Neem een van de 300 mm x 200 mm PVC platen. Boor een gat op een hoogte van zo'n 8 cm in het midden van de 300 mm zijde, waardoor de ijzeren staaf van de golfgenerator heen kan (laat een beetje beweegruimte voor het staafje over).

Wanden in elkaar zetten

Leg de 600 mm x 300 mm perspex plaat neer. Begin met het monteren van de één van achterwandjes (de PVC plaat van 300 mm x 200 mm met het gat erin). Breng eerst lijm aan op 300 mm zijde van de PVC plaat. Doe de lijm aan de buitenkant. Nu kan de PVC plaat op de perspex worden geduwd (aan de kant waar de perspex plaat 300 mm breed is).

Pak nu de PVC plaat van 590 mm x 200 mm. Deze gaat bevestigd worden aan de perspex plaat en de PVC plaat die al vast zit. Doe dit door lijm aan te brengen op één van de 200 mm zijdes (aan de buitenkant) en één van de 590 mm zijdes (aan de buitenkant). Breng de 200 mm zijde tegen de al aanwezige PVC plaat aan en de 590 mm zijde tegen de perspex plaat aan.

Neem nu weer een PVC plaat van 300 mm x 200 mm. Breng lijm aan op de 300 mm zijde aan de buitenkant en op de 200 mm zijde aan de binnenkant (op de rand). Breng de 200 mm zijde tegen de al aanwezige PVC plaat van 590 mm x 200 mm aan en breng de 300 mm zijde tegen de perspex plaat aan.

Tot slot kan de laatste 590 mm x 200 mm tussen de twee 300 mm x 200 mm platen worden vastgemaakt.

Laat de lijm drogen. Gebruik eventueel lijmklemmen om de platen op hun plek te houden tijdens het droogproces.

Zodra de lijm gedroogd is moet de binnenkant van de bak worden gekit zodat de bak waterdicht wordt. Breng hiervoor kit aan aan alle binnenranden met behulp van een kitpistool. Laat dit minstens 48 uur drogen zodat de kit goed hard wordt.

Plateau en klemmen voor schotjes

Nadat de kit is opgedroogd moet er nog een plateau worden gemaakt waar de servo en de Arduino op kunnen liggen. Gebruik hiervoor het stuk perspex dat overgebleven is na het lasersnijden (het stukje van 310 mm x 106 mm) en lijm deze vast aan de bovenkant van de bak aan de kant waar het gat in de 300 mm x 200 mm PVC plaat zit.

Daarnaast moeten de ijzeren hoekankers worden bevestigd op de perspex plaat. Als hulp kan het 287 mm x 80 mm schotje worden gebruikt voor de afstanden tussen de hoekankers. Neem twee hoekankers en zet deze tegen beide langste zijdes van de bak, op een afstand van ongeveer 25-30 cm van de zijde waar het gat in de wand zit. Lijm de hoekankers vast aan de bodem. Neem nu nog twee hoekankers en zet deze tegenover de al aanwezige hoekklemmen (aan de andere kant van het hulpschotje). Laat 9 mm tussenruimte over (hier moeten de schotjes tussen worden geklikt). Lijm ook deze hoekklemmen vast aan de bodem.

Neem de ijzeren staaf en bevestig deze in het ijzeren balkje. Het is het handigst als het ijzeren balkje al een schroefopening heeft waar de staaf in kan. Is dit niet het geval, dan moet een gat worden geboord in de balk waar de staaf in kan.

Neem nu het schijfje en de moer en doe deze om de staaf. Lijm deze beide vast aan het staafje op een afstand van zo'n 5 cm van het balkje met behulp van een lijmpistool.

Pak het ijzerdraad en snij hier een stuk van af van ongeveer 40 cm. Wikkel deze om het schijfje indien mogelijk en lijm deze vast aan het schijfje.

Tot slot moet er een gat worden geboord in het staafje. Doe dit ongeveer halverwege de staaf. Het gat moet net groot genoeg zijn zodat er een ijzerdraad door heen kan en het gat moet parallel aan de richting van de balk (zie foto voor visualisatie). Dit zal worden gebruikt om de staaf vast te maken aan de zijkant van de waterbak zodat de staaf op zijn plaats blijft zitten en recht hangt. Doe het ijzerdraad nog niet door het gaatje dat zojuist is geboord.

Circuit

De servo zal gebruikt worden om de golfgenerator omhoog en omlaag te laten bewegen. De servo wordt aangestuurd door een Arduino en gevoed door een powerbank.

Volg de instructies op het bijgevoegde plaatje en op de servo voor de aansluiting van de draadjes. De powerbank kan worden aangesloten met behulp van een USB-kabel. Om de code te laten werken, moet het "signal" draadje van de servo aangesloten worden op pin 9 van de Arduino en moet de potentiometer zijn aangesloten op pin A0. Zet de powerbank nog niet aan.

Doe een vleugel op de servo en draai hier een schroefje in, zo ver mogelijk van de draai-as.

Code

De code die de servo aanstuurt is als volgt: https://pastebin.com/gFCMGw6X

De code staat ook hieronder.

//Adjusted from Sweep and Knob examples by Stijn van der Lippe
#include <Servo.h>
 
Servo myservo;                        // create servo object to control a servo
                                      // twelve servo objects can be created on most boards
 
int pos = 100;                        // variable to store the servo position, starts at 100 degrees
int potpin = A0;                      // analog pin used to connect the potentiometer
int wait;                             // variable to read the value from the analog pin
 
void setup() {
  myservo.attach(9);                  // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}
 
void loop() {
  wait = analogRead(potpin);          // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023)
  wait = map(wait, 0, 1023, 150, 500);// scale it to use it with the delay (value between 150ms and 500ms)
  myservo.write(pos);                 // tell servo to go to position in variable 'pos'
  delay(wait);                        // waits a certain a amount of ms stored in variable 'wait' for the servo to reach the position
  pos += 80;                          // set position variable forward 80 degrees
  myservo.write(pos);                 // tell servo to go to position in variable 'pos'
  delay(wait);                        // waits a certain a amount of ms stored in variable 'wait' for the servo to reach the position
  pos -= 80;                          // set position variable back 80 degrees
}

Steek allereerst de golfgenerator door het gat in de bak. Doe een stukje ijzerdraad door het geboorde gat in het staafje en maak het ijzerdraad aan de zijkant van de bak vast met ducttape.

Leg de Arduino, servo en powerbank op het perspex plateau en maak ze vast met ducttape.

Zet een van de schotjes die je wil gaan gebruiken tussen de klemmen vast. Giet nu water in de bak, totdat het water zo'n 5 cm diep is.

Het ijzerdraad dat aan het staafje vast zit, moet aan de servo worden vastgemaakt. Wikkel hiervoor het ijzerdraad om het schroefje in de vleugel die op de servo vastzit. Zorg ervoor dat het ijzeren staafje van de golfgenerator net boven het wateroppervlak hangt.

Zet ten slotte de hele opstelling op de projectorbak. Zorg dat de slits ongeveer in het midden van de projectorbak zittten, zodat het effect goed zichtbaar wordt.

Zet de projectorbak aan en projecteer op een muur of doek. Zet de powerbank aan. De servo zou nu het staafje op en neer laten bewegen zodat er golven worden gegenereerd. Als aan de potentiometer wordt gedraaid, zou de golfgenerator sneller of langzamer op en neer moeten bewegen.

Als alles goed werkt, zou nu op de muur plekken te zien moeten zijn waar de golven ontstaan in de puntbronnen bij de slits elkaar uitdoven (destructieve interferentie) en plekken waar ze elkaar versterken (constructieve interferentie).

Voor nog duidelijkere visualisatie kan de opstelling in een verduisterbare ruimte worden gezet.