Häirete, õhukese kile häirete rakendamine

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Täna räägime interferentsi kasutamisest teaduses ja igapäevaelus, paljastame selle nähtuse füüsilise tähenduse ja räägime selle avastamise ajaloost.

Definitsioonid ja jaotused

Enne kui rääkida nähtuse olulisusest looduses ja tehnoloogias, tuleb kõigepe alt anda definitsioon. Täna käsitleme nähtust, mida koolilapsed füüsikatundides õpivad. Seetõttu pöördugem enne interferentsi praktilise rakendamise kirjeldamist õpiku poole.

Alustuseks tuleb märkida, et see nähtus kehtib igat tüüpi lainete kohta: need, mis tekivad veepinnal või uurimistöö käigus. Seega on interferents kahe või enama koherentse laine amplituudi suurenemine või vähenemine, mis tekib siis, kui nad kohtuvad ühes ruumipunktis. Maksime nimetatakse sel juhul antisõlmedeks ja miinimume nimetatakse sõlmedeks. See määratlus hõlmab mõningaid võnkeprotsesside omadusi, mida avaldame veidi hiljem.

Lainete üksteise peale asetamisest tulenev pilt (ja neid võib olla palju) sõltub ainult faaside erinevusest, milles võnkumised jõuavad ühte ruumipunkti.

Valgus on ka laine

Sellele järeldusele jõudsid teadlased juba 16. sajandil. Optika kui teaduse aluse pani maailmakuulus inglise teadlane Isaac Newton. Just tema sai esmakordselt aru, et valgus koosneb teatud elementidest, mille hulk määrab selle värvi. Teadlane avastas dispersiooni ja murdumise nähtuse. Ja ta oli esimene, kes jälgis valguse interferentsi läätsedel. Newton uuris selliseid kiirte omadusi nagu murdumisnurk erinevates keskkondades, topeltmurdumine ja polarisatsioon. Teda tunnustatakse lainehäirete esmakordse rakendamise eest inimkonna hüvanguks. Ja see oli Newton, kes mõistis, et kui valgus ei oleks vibratsioon, siis sellel ei oleks kõiki neid omadusi.

Valgusomadused

Valguse laineomadused hõlmavad järgmist:

1. Lainepikkus. See on kaugus ühe hoo kahe kõrvuti asetseva kõrguse vahel. See on lainepikkus, mis määrab nähtava kiirguse värvi ja energia.
2. Sagedus. See on täielike lainete arv, mis võib tekkida ühe sekundi jooksul. Väärtust väljendatakse hertsides ja see on pöördvõrdeline lainepikkusega.
3. Amplituud. See on võnke "kõrgus" või "sügavus". Väärtus muutub otseselt, kui kaks võnkumist segavad. Amplituud näitab, kui tugev alt elektromagnetvälja selle konkreetse laine tekitamiseks häiriti. See määrab ka väljatugevuse.
4. Lainefaas. See on võnke osa, mis teatud ajahetkel saavutatakse. Kui kaks lainet kohtuvad interferentsi ajal samas punktis, väljendatakse nende faaside erinevust ühikutes π.
5. Koherentset elektromagnetkiirgust nimetataksesamad omadused. Kahe laine koherentsus tähendab nende faaside erinevuse püsivust. Sellise kiirguse looduslikke allikaid pole, need on loodud ainult kunstlikult.

Esimene rakendus on teaduslik

Sir Isaac töötas kõvasti ja kõvasti valguse omaduste kallal. Ta jälgis täpselt, kuidas kiirtekiir käitub, kui see puutub kokku prisma, silindriga, plaadi ja läätsega erinevatest murdumisvõimelistest läbipaistvatest ainetest. Kord asetas Newton kumera klaasläätse klaasplaadile kumera pinnaga allapoole ja suunas paralleelsete kiirte voo konstruktsioonile. Selle tulemusena lahknevad läätse keskelt radiaalselt heledad ja tumedad rõngad. Teadlane aimas kohe, et sellist nähtust saab täheldada ainult siis, kui valguses on mingi perioodiline omadus, mis kuskil kustutab kiirte, kuskil aga vastupidi võimendab. Kuna rõngaste vaheline kaugus sõltus läätse kõverusest, suutis Newton umbkaudselt arvutada võnke lainepikkuse. Nii leidis inglise teadlane esimest korda interferentsi nähtusele konkreetse rakenduse.

Piluhäired

Valguse omaduste edasised uuringud nõudsid uute katsete seadistamist ja läbiviimist. Esiteks õppisid teadlased, kuidas luua koherentseid talasid üsna heterogeensetest allikatest. Selleks jagati lambi, küünla või päikese vool optiliste seadmete abil kaheks. Näiteks kui kiir tabab klaasplaati 45 kraadise nurga all, siis osa sellestmurdub ja läheb edasi ning osa peegeldub. Kui need voolud tehakse läätsede ja prismade abil paralleelselt, on faaside erinevus neis konstantne. Ja nii et katsetes ei tulnud valgus punktallikast ventilaatorina välja, tehti kiir lähifookusläätse abil paralleelseks.

Kui teadlased õppisid kõiki neid manipuleerimisi valgusega, hakkasid nad uurima mitmesuguste aukude, sealhulgas kitsa pilu või pilude seeria interferentsi nähtust.

Häired ja difraktsioon

Eelpool kirjeldatud kogemus sai võimalikuks tänu valguse teisele omadusele – difraktsioonile. Ületades takistuse, mis on piisav alt väike, et seda lainepikkusega võrrelda, on võnkumine võimeline muutma oma levimise suunda. Tänu sellele muudab osa kiirest pärast kitsast pilu levimissuunda ja interakteerub kiirtega, mis ei muutnud kaldenurka. Seetõttu ei saa häirete ja difraktsiooni rakendusi üksteisest eraldada.

Modellid ja tegelikkus

Siiani oleme kasutanud ideaalse maailma mudelit, kus kõik valguskiired on üksteisega paralleelsed ja koherentsed. Samuti on kõige lihtsamas häirete kirjelduses viidatud, et alati kohtab sama lainepikkusega kiirgust. Kuid tegelikult pole kõik nii: valgus on enamasti valge, see koosneb kõigist elektromagnetilistest vibratsioonidest, mida Päike pakub. See tähendab, et häired tekivad vastav alt keerukamatele seadustele.

Õhukesed kiled

Sellisem näidevalguse vastasmõju on valguskiire langemine õhukesele kilele. Kui linnalombis on tilk bensiini, särab pind kõigis vikerkaarevärvides. Ja see on täpselt häirete tagajärg.

Valgus langeb filmi pinnale, murdub, langeb bensiini ja vee piirile, peegeldub ja murdub uuesti. Selle tulemusena kohtub laine end väljapääsu juures. Seega surutakse maha kõik lained, välja arvatud need, mille puhul on täidetud üks tingimus: kile paksus on lainepikkuse pooltäisarvu kordne. Siis kohtub võnkumine väljundis kahe maksimumiga. Kui katte paksus on võrdne kogu lainepikkusega, kattub väljund maksimumiga miinimumiga ja kiirgus kustub ise.

Siit järeldub, et mida paksem kile, seda suurem peab olema lainepikkus, mis sellest ilma kadudeta välja tuleb. Tegelikult aitab õhuke kile üksikuid värve kogu spektrist esile tuua ja seda saab kasutada tehnoloogias.

Pildistused ja vidinad

Kummalisel kombel on mõned häirete rakendused tuttavad kõigile moetegijatele üle maailma.

Kauni naismodelli põhiülesanne on kaamerate ees hea välja näha. Naisi valmistab pildistamiseks ette terve meeskond: stilist, meigikunstnik, moe- ja sisekujundaja, ajakirja toimetaja. Tüütud paparatsod võivad modelli tänaval, kodus, naljakates riietes ja naeruväärses poosis varitseda ning seejärel pildid avalikule väljapanekule panna. Hea varustus on aga kõigile fotograafidele hädavajalik. Mõned seadmed võivad maksta mitu tuhat dollarit. hulgasSelliste seadmete peamised omadused on tingimata optika valgustus. Ja sellise seadme pildid on väga kvaliteetsed. Seetõttu ei näe ka ilma ettevalmistuseta tehtud staar nii ebaatraktiivne.

Prillid, mikroskoobid, tähed

Selle nähtuse aluseks on õhukeste kilede häired. See on huvitav ja levinud nähtus. Ja leiab kergeid häirerakendusi tehnikas, mida mõned inimesed iga päev käes hoiavad.

Inimsilm tajub kõige paremini rohelist värvi. Seetõttu ei tohiks ilusate tüdrukute fotod selles konkreetses spektri piirkonnas vigu sisaldada. Kui kaamera pinnale kantakse kindla paksusega kile, siis sellisel seadmel rohelisi peegeldusi ei teki. Kui tähelepanelik lugeja on selliseid detaile kunagi märganud, siis oleks teda pidanud rabama vaid punaste ja lillade peegelduste olemasolu. Sama kile kantakse ka prill-prillidele.

Aga kui me ei räägi mitte inimsilmast, vaid kiretust seadmest? Näiteks mikroskoop peab registreerima infrapunaspektri, teleskoop aga uurima tähtede ultraviolettkomponente. Seejärel kantakse peale erineva paksusega peegeldusvastane kile.