Häiriön käyttö, ohutkalvohäiriö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Tänään puhumme interferenssin käytöstä tieteessä ja jokapäiväisessä elämässä, paljastamme tämän ilmiön fyysisen merkityksen ja kerromme sen löytämisen historiasta.

Määritelmät ja jakaumat

Ennen kuin puhut ilmiön merkityksestä luonnossa ja tekniikassa, sinun on ensin annettava määritelmä. Tänään tarkastelemme ilmiötä, jota koululaiset opiskelevat fysiikan tunneilla. Siksi, ennen kuin kuvaat häiriön käytännön sovellutuksia, käännytään oppikirjaan.

Aluksi on huomattava, että tämä ilmiö koskee kaikentyyppisiä a altoja: niitä, jotka syntyvät veden pinnalla tai tutkimuksen aikana. Häiriö on siis kahden tai useamman koherentin aallon amplitudin lisääntyminen tai väheneminen, joka tapahtuu, jos ne kohtaavat yhdessä pisteessä avaruudessa. Maksimeja kutsutaan tässä tapauksessa antisolmuiksi ja minimejä solmuiksi. Tämä määritelmä sisältää joitain värähtelevien prosessien ominaisuuksia, jotka paljastamme hieman myöhemmin.

Kuva, joka syntyy päällekkäisten a altojen päällekkäisyydestä (ja niitä voi olla paljon), riippuu vain vaihe-erosta, jossa värähtelyt tulevat yhteen pisteeseen avaruudessa.

Valo on myös a alto

Tutkijat tulivat tähän johtopäätökseen jo 1500-luvulla. Optiikan tieteen perustan loi maailmankuulu englantilainen tiedemies Isaac Newton. Hän tajusi ensimmäisenä, että valo koostuu tietyistä elementeistä, joiden määrä määrittää sen värin. Tiedemies löysi dispersion ja taittumisen ilmiön. Ja hän oli ensimmäinen, joka havaitsi valon häiriön linsseissä. Newton tutki säteiden sellaisia ominaisuuksia kuin taitekulma eri väliaineissa, kaksoistaittuminen ja polarisaatio. Hänelle myönnetään ensimmäinen a altohäiriön käyttö ihmiskunnan hyväksi. Ja Newton tajusi, että jos valo ei olisi värähtelyä, sillä ei olisi kaikkia näitä ominaisuuksia.

Valoominaisuudet

Valon a altoominaisuuksia ovat:

1. Aallonpituus. Tämä on yhden swingin kahden vierekkäisen korkeuden välinen etäisyys. Se on aallonpituus, joka määrittää näkyvän säteilyn värin ja energian.
2. Taajuus. Tämä on kokonaisten a altojen lukumäärä, joka voi esiintyä yhdessä sekunnissa. Arvo ilmaistaan hertseinä ja on kääntäen verrannollinen aallonpituuteen.
3. Amplitudi. Tämä on värähtelyn "korkeus" tai "syvyys". Arvo muuttuu suoraan, kun kaksi värähtelyä häiritsee. Amplitudi osoittaa, kuinka voimakkaasti sähkömagneettinen kenttä on häiriintynyt tämän tietyn aallon synnyttämiseksi. Se asettaa myös kentänvoimakkuuden.
4. A altovaihe. Tämä on se osa värähdystä, joka saavutetaan tietyllä hetkellä. Jos kaksi a altoa kohtaavat samassa pisteessä häiriön aikana, niin niiden vaihe-ero ilmaistaan yksiköissä π.
5. Koherenttia sähkömagneettista säteilyä kutsutaan nimelläsamat ominaisuudet. Kahden aallon koherenssi tarkoittaa niiden vaihe-eron pysyvyyttä. Sellaisen säteilyn luonnollisia lähteitä ei ole, ne syntyvät vain keinotekoisesti.

Ensimmäinen hakemus on tieteellinen

Sir Isaac työskenteli lujasti ja lujasti valon ominaisuuksien eteen. Hän havaitsi tarkasti, kuinka säde käyttäytyy, kun se kohtaa prisman, sylinterin, levyn ja linssin erilaisista taitekykyisistä läpinäkyvistä aineista. Kerran Newton asetti kuperan lasilinssin lasilevylle kaareva pinta alaspäin ja suuntasi yhdensuuntaisten säteiden virran rakenteeseen. Tämän seurauksena säteittäisesti kirkkaat ja tummat renkaat eroavat linssin keskustasta. Tiedemies arvasi heti, että tällainen ilmiö voidaan havaita vain, jos valossa on jaksoittainen ominaisuus, joka sammuttaa säteen jossain ja jossain päinvastoin parantaa sitä. Koska renkaiden välinen etäisyys riippui linssin kaarevuudesta, Newton pystyi laskemaan likimääräisesti värähtelyn aallonpituuden. Näin ollen englantilainen tiedemies löysi ensimmäistä kertaa konkreettisen sovelluksen interferenssin ilmiölle.

Rakohäiriö

Valon ominaisuuksien lisätutkimukset vaativat uusien kokeiden perustamista ja suorittamista. Ensin tutkijat oppivat luomaan koherentteja säteitä melko heterogeenisistä lähteistä. Tätä varten lampun, kynttilän tai auringon virtaus jaettiin kahteen osaan optisten laitteiden avulla. Esimerkiksi kun palkki osuu lasilevyyn 45 asteen kulmassa, osa siitätaittuu ja siirtyy eteenpäin, ja osa heijastuu. Jos nämä virrat tehdään rinnakkain linssien ja prismojen avulla, niiden vaihe-ero on vakio. Ja jotta valo ei kokeissa tullut ulos tuulettimen tavoin pistelähteestä, säde tehtiin yhdensuuntaiseksi lähitarkennuksella.

Kun tiedemiehet oppivat kaikki nämä manipulaatiot valolla, he alkoivat tutkia häiriöilmiötä useissa reikissä, mukaan lukien kapea rako tai sarja rakoja.

Häiriöt ja diffraktio

Yllä kuvattu kokemus tuli mahdolliseksi valon toisen ominaisuuden, diffraktion, ansiosta. Ylittämällä esteen, joka on tarpeeksi pieni verrattavaksi aallonpituuteen, värähtely pystyy muuttamaan etenemissuuntaansa. Tästä johtuen osa säteestä muuttaa kapean raon jälkeen etenemissuuntaa ja on vuorovaikutuksessa säteiden kanssa, jotka eivät muuttaneet k altevuuskulmaa. Siksi häiriön ja diffraktion sovelluksia ei voida erottaa toisistaan.

Malleja ja todellisuutta

Tähän asti olemme käyttäneet mallia ihanteellisesta maailmasta, jossa kaikki valonsäteet ovat yhdensuuntaisia toistensa kanssa ja koherentit. Myös yksinkertaisimmassa häiriökuvauksessa viitataan siihen, että säteilyä, jolla on sama aallonpituus, kohdataan aina. Mutta todellisuudessa kaikki ei ole niin: valo on useimmiten valkoista, se koostuu kaikista auringon tarjoamista sähkömagneettisista värähtelyistä. Tämä tarkoittaa, että häiriöitä esiintyy monimutkaisempien lakien mukaan.

Ohuet kalvot

Ilmein esimerkki tällaisestavalon vuorovaikutus tarkoittaa valonsäteen osumista ohuelle kalvolle. Kun kaupungin lätäkössä on pisara bensaa, pinta hohtaa kaikilla sateenkaaren väreillä. Ja tämä on juuri häiriön tulos.

Valo putoaa kalvon pinnalle, taittuu, putoaa bensiinin ja veden rajalle, heijastuu ja taittuu uudelleen. Tämän seurauksena a alto kohtaa itsensä uloskäynnissä. Siten kaikki aallot vaimentuvat, paitsi ne, joille yksi ehto täyttyy: kalvon paksuus on puolen kokonaisluvun aallonpituuden kerrannainen. Sitten lähdössä värähtely kohtaa itsensä kahdella maksimilla. Jos pinnoitteen paksuus on yhtä suuri kuin koko aallonpituus, ulostulo asettaa maksimin minimiin ja säteily sammuu itsestään.

Tästä seuraa, että mitä paksumpi kalvo, sitä suurempi on oltava aallonpituus, joka siitä tulee ulos ilman häviötä. Itse asiassa ohut kalvo auttaa korostamaan yksittäisiä värejä koko spektristä, ja sitä voidaan käyttää tekniikassa.

Kuvaukset ja vempaimet

Kummallista kyllä, jotkin häiriösovellukset ovat tuttuja kaikille muodikkaille ympäri maailmaa.

Kauniin naismallin päätehtävä on näyttää hyvältä kameroiden edessä. Koko tiimi valmistelee naisia valokuvaukseen: stylisti, meikkitaiteilija, muoti- ja sisustussuunnittelija, aikakauslehtitoimittaja. Ärsyttävät paparazzit voivat odottaa mallia kadulla, kotona, hauskoissa vaatteissa ja naurettavassa asennossa, ja laittaa kuvat sitten julkiseen esille. Mutta hyvät varusteet ovat välttämättömiä kaikille valokuvaajille. Jotkut laitteet voivat maksaa useita tuhansia dollareita. JoukossaTällaisten laitteiden tärkeimmät ominaisuudet ovat välttämättä optiikan valaistus. Ja kuvat sellaisesta laitteesta ovat erittäin korkealaatuisia. Näin ollen tähtikuva ilman valmistelua ei myöskään näytä niin houkuttelev alta.

Lasit, mikroskoopit, tähdet

Tämän ilmiön perustana ovat häiriöt ohuissa kalvoissa. Tämä on mielenkiintoinen ja yleinen ilmiö. Ja löytää kevyitä häiriösovelluksia tekniikalla, jota jotkut ihmiset pitelevät käsissään päivittäin.

Ihmissilmä havaitsee vihreän värin parhaiten. Siksi kauniiden tyttöjen valokuvat eivät saa sisältää virheitä tällä tietyllä spektrin alueella. Jos kameran pinnalle levitetään tietyn paksuinen kalvo, sellaisissa laitteissa ei ole vihreitä heijastuksia. Jos tarkkaavainen lukija on joskus huomannut tällaisia yksityiskohtia, hänen olisi pitänyt hämmästyä vain punaisten ja violettien heijastusten läsnäolosta. Sama kalvo levitetään lasilaseihin.

Mutta jos emme puhu ihmissilmistä vaan intohimottomasta laitteesta? Esimerkiksi mikroskoopin on rekisteröitävä infrapunaspektri ja kaukoputken on tutkittava tähtien ultraviolettikomponentteja. Sitten levitetään eripaksuinen heijastuksenestokalvo.