2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30
Ma az interferencia tudományban és mindennapi életben való használatáról fogunk beszélni, feltárjuk ennek a jelenségnek a fizikai jelentését, és mesélünk felfedezésének történetéről.
Definíciók és elosztások
Mielőtt egy természeti és technológiai jelenség jelentőségéről beszélne, először meg kell adnia egy definíciót. Ma egy olyan jelenséggel foglalkozunk, amelyet az iskolások fizikaórákon tanulnak. Ezért az interferencia gyakorlati alkalmazásának ismertetése előtt lapozzuk át a tankönyvet.
Először is meg kell jegyezni, hogy ez a jelenség minden típusú hullámra vonatkozik: azokra, amelyek a víz felszínén vagy a kutatás során keletkeznek. Tehát az interferencia két vagy több koherens hullám amplitúdójának növekedése vagy csökkentése, amely akkor következik be, ha a tér egy pontján találkoznak. A maximumokat ebben az esetben antinódusoknak, a minimumokat pedig csomópontoknak nevezzük. Ez a meghatározás tartalmazza az oszcillációs folyamatok néhány tulajdonságát, amelyeket egy kicsit később fogunk feltárni.
Az egymásra helyeződő hullámok (és sok lehet) kép csak a fáziskülönbségtől függ, amelyben a rezgések a tér egy pontjába érnek.
A fény is hullám
A tudósok erre a következtetésre jutottak már a 16. században. Az optika mint tudomány alapjait a világhírű angol tudós, Isaac Newton rakta le. Ő volt az, aki először felismerte, hogy a fény bizonyos elemekből áll, amelyek mennyisége határozza meg a színét. A tudós felfedezte a diszperzió és a fénytörés jelenségét. És ő volt az első, aki megfigyelte a fény interferenciáját a lencséken. Newton a sugarak olyan tulajdonságait tanulmányozta, mint a törésszög különböző közegekben, a kettős törés és a polarizáció. Az ő nevéhez fűződik a hulláminterferencia első alkalmazása az emberiség javára. És Newton volt az, aki rájött, hogy ha a fény nem rezgés, akkor nem mutatná mindezen jellemzőket.
Fénytulajdonságok
A fény hullámtulajdonságai a következők:
- Hullámhossz. Ez a távolság egy hinta két szomszédos magassága között. A látható sugárzás színét és energiáját a hullámhossz határozza meg.
- Frekvencia. Ez az egy másodperc alatt előforduló teljes hullámok száma. Az érték Hertzben van kifejezve, és fordítottan arányos a hullámhosszal.
- Amplitúdó. Ez az oszcilláció "magassága" vagy "mélysége". Az érték közvetlenül változik, ha két rezgés interferál. Az amplitúdó azt mutatja, hogy milyen erősen zavarták meg az elektromágneses teret az adott hullám generálásához. A térerősséget is beállítja.
- Hullámfázis. Ez az oszcilláció egy adott időpontban elért része. Ha két hullám ugyanabban a pontban találkozik az interferencia során, akkor fáziskülönbségüket π egységekben fejezzük ki.
- Koherens elektromágneses sugárzásnak nevezzükugyanazok a jellemzők. Két hullám koherenciája fáziskülönbségük állandóságát jelenti. Az ilyen sugárzásnak nincsenek természetes forrásai, csak mesterségesen jönnek létre.
Az első alkalmazás tudományos
Sir Isaac keményen és keményen dolgozott a fény tulajdonságain. Pontosan megfigyelte, hogyan viselkedik egy sugárnyaláb, amikor különböző fénytörő átlátszó közegekből származó prizmával, hengerrel, lemezzel és lencsével találkozik. Egyszer Newton domború üveglencsét helyezett egy üveglapra ívelt felülettel lefelé, és párhuzamos sugarak áramlását irányította a szerkezetre. Ennek eredményeként a sugárirányban világos és sötét gyűrűk eltérnek a lencse közepétől. A tudós azonnal sejtette, hogy ilyen jelenség csak akkor figyelhető meg, ha a fényben van valami olyan periodikus tulajdonság, amely valahol kioltja a sugarat, valahol pedig éppen ellenkezőleg, fokozza azt. Mivel a gyűrűk közötti távolság a lencse görbületétől függött, Newton megközelítőleg ki tudta számítani az oszcilláció hullámhosszát. Így az angol tudós először talált konkrét alkalmazást az interferencia jelenségére.
Réses interferencia
A fény tulajdonságainak további tanulmányozása új kísérletek beállítását és elvégzését tette szükségessé. Először a tudósok megtanulták, hogyan lehet koherens nyalábokat létrehozni meglehetősen heterogén forrásokból. Ehhez a lámpa, a gyertya vagy a nap áramlását optikai eszközökkel két részre osztották. Például, ha egy sugár 45 fokos szögben ütközik egy üveglapba, akkor annak egy részétmegtörik és továbbmegy, egy része pedig visszaverődik. Ha ezeket az áramlásokat lencsék és prizmák segítségével párhuzamosan állítjuk elő, a fáziskülönbség bennük állandó lesz. És hogy a kísérletekben a fény ne ventilátorszerűen jött ki egy pontforrásból, a fénysugarat közeli fókuszú lencse segítségével párhuzamosan hoztuk létre.
Amikor a tudósok megtanulták ezeket a fénnyel végzett manipulációkat, elkezdték tanulmányozni az interferencia jelenségét különféle lyukakon, beleértve a keskeny réseket vagy rések sorozatát.
Interferencia és diffrakció
A fent leírt élmény a fény egy másik tulajdonsága – a diffrakció – miatt vált lehetővé. A hullámhosszal összehasonlítható akadály leküzdésével az oszcilláció képes megváltoztatni terjedésének irányát. Ennek köszönhetően egy keskeny rés után a nyaláb egy része megváltoztatja a terjedési irányt, és kölcsönhatásba lép azokkal a nyalábokkal, amelyek nem változtatták meg a dőlésszöget. Ezért az interferencia és a diffrakció alkalmazásai nem választhatók el egymástól.
Modellek és valóság
Eddig egy olyan ideális világ modelljét használtuk, amelyben minden fénysugár párhuzamos és koherens. Ezenkívül az interferencia legegyszerűbb leírása azt jelenti, hogy mindig azonos hullámhosszú sugárzásokkal találkozunk. De a valóságban minden nem így van: a fény leggyakrabban fehér, a Nap által biztosított összes elektromágneses rezgésből áll. Ez azt jelenti, hogy az interferencia bonyolultabb törvények szerint történik.
Vékony filmek
A legnyilvánvalóbb példa errea fény kölcsönhatása a fénysugár beesése egy vékony filmre. Ha egy csepp benzin van egy városi tócsában, a felület a szivárvány minden színében csillog. És ez pontosan az interferencia eredménye.
A fény a film felületére esik, megtörik, a benzin és a víz határára esik, visszaverődik, majd újra megtörik. Ennek eredményeként a hullám találkozik önmagával a kijáratnál. Így minden hullám elnyomódik, kivéve azokat, amelyeknél egy feltétel teljesül: a film vastagsága egy fél egész hullámhossz többszöröse. Ekkor a kimeneten az oszcilláció két maximummal találkozik. Ha a bevonat vastagsága megegyezik a teljes hullámhosszal, akkor a kimenet a maximumot a minimumra helyezi, és a sugárzás kialszik.
Ebből az következik, hogy minél vastagabb a film, annál nagyobbnak kell lennie annak a hullámhossznak, amely veszteség nélkül jön ki belőle. Valójában egy vékony film segít kiemelni az egyes színeket a teljes spektrumból, és felhasználható a technológiában.
Fotók és kütyük
Furcsa módon, az interferencia egyes alkalmazásai a világ összes divatja számára ismertek.
Egy gyönyörű női modell fő feladata, hogy jól nézzen ki a kamerák előtt. Egy egész csapat készít fel nőket egy fotózásra: stylist, sminkes, divat- és lakberendező, magazinszerkesztő. Az idegesítő paparazzik az utcán, otthon, vicces ruhákban, nevetséges pózban leshetnek egy modellre, majd nyilvánosan kiteszik a képeket. A jó felszerelés azonban minden fotós számára elengedhetetlen. Egyes készülékek több ezer dollárba is kerülhetnek. KözöttAz ilyen berendezések fő jellemzői szükségszerűen az optika megvilágosodása. És az ilyen készülékről készült képek nagyon jó minőségűek lesznek. Ennek megfelelően egy felkészülés nélkül lelőtt sztár sem lesz olyan vonzó.
Szemüvegek, mikroszkópok, csillagok
Ennek a jelenségnek az alapja a vékony filmekben való interferencia. Ez egy érdekes és gyakori jelenség. És megtalálja a könnyű interferencia alkalmazásokat egy olyan technikában, amelyet egyesek mindennap a kezükben tartanak.
Az emberi szem a zöld színt érzékeli a legjobban. Ezért a gyönyörű lányok fényképei nem tartalmazhatnak hibákat a spektrum ezen adott régiójában. Ha meghatározott vastagságú filmet viszünk fel a kamera felületére, akkor az ilyen berendezésekben nem lesznek zöld tükröződések. Ha a figyelmes olvasó valaha is észrevett ilyen részleteket, akkor csak a vörös és lila tükröződések jelenléte kellett volna megdöbbennie. Ugyanezt a filmet hordják fel a szemüvegekre is.
De ha nem az emberi szemről beszélünk, hanem egy szenvedélytelen eszközről? Például egy mikroszkópnak regisztrálnia kell az infravörös spektrumot, a teleszkópnak pedig a csillagok ultraibolya komponenseit kell vizsgálnia. Ezután egy eltérő vastagságú tükröződésgátló fóliát alkalmazunk.
Ajánlott:
Polietilén – mi az? Polietilén alkalmazása
Mi az a polietilén? Mik a jellemzői? Hogyan készül a polietilén? Ezek nagyon érdekes kérdések, amelyeket ebben a cikkben mindenképpen figyelembe veszünk
A poliolok többértékű alkoholok (polialkoholok): tulajdonságai, előállítása és alkalmazása
Poliolok – biztonságosak vagy sem? Mik azok a polialkoholok, miért szerepelnek a csokoládé, a rágógumi, a habgumi és a fagyálló összetételében. A leghíresebb poliolok édesítőszerek. Többértékű alkoholok gyártása Oroszországban és külföldön
Bükk sűrűsége. A fa jellemzői, alkalmazása és technológiai tulajdonságai
A bükk az egyik leggyakoribb fafaj, amely Európa nagy részén található vegyes és lombhullató erdőkben. Széles körben használják bútorgyártásban. Fája nagy szilárdságú, szívós és rugalmatlan. A bükk sűrűsége, amelyről a cikkben lesz szó, a sejtszerkezettől és a páratartalomtól függ
Jogi személyek csődje. A jogi személy csődjének szakaszai, alkalmazása és következményei. arcok
A vállalkozások és szervezetek fizetésképtelenségével kapcsolatos kérdések a jelenlegi körülmények között nagyon aktuálisak. A gazdaság instabilitása, a pénzügyi válság, az adók túlzott beszámítása és egyéb negatív körülmények olyan nehéz légkört teremtenek, amelyben a kis- és középvállalkozások tulajdonosai számára nemcsak a fejlődés, de a talpon maradás is nehézzé válik. Egy jogi személy csődje személyek és az eljárás főbb szakaszai - ennek a cikknek a témája
Vékonyréteg-kromatográfia: egyszerű módszerek az összetett elemzéshez
A vékonyréteg-kromatográfia vezető szerepet tölt be a komplex gyógyszerészeti, természetes, orvosbiológiai, technológiai, vegyi és sok más anyag kvantitatív és félkvantitatív elemzésében. A vékonyréteg-kromatográfia a legelérhetőbb módszer gyakorlatilag bármely anyagosztály tömegelemzésére. A kromatográfiás módszer mostanra különösen fontossá vált az ultratiszta anyagok előállítási problémája fényében
