Trikdžių, plonasluoksnių trukdžių taikymas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Šiandien kalbėsime apie trukdžių panaudojimą moksle ir kasdieniame gyvenime, atskleisime fizinę šio reiškinio prasmę ir pasakosime apie jo atradimo istoriją.

Apibrėžimai ir paskirstymai

Prieš kalbėdami apie gamtos ir technologijų reiškinio reikšmę, pirmiausia turite pateikti apibrėžimą. Šiandien svarstome apie reiškinį, kurio fizikos pamokose mokosi moksleiviai. Todėl prieš aprašydami praktinį trukdžių pritaikymą, atsiverskime vadovėlį.

Pirmiausia reikia pažymėti, kad šis reiškinys taikomas visų tipų bangoms: toms, kurios kyla vandens paviršiuje arba atliekant tyrimus. Taigi, trukdžiai yra dviejų ar daugiau koherentinių bangų amplitudės padidėjimas arba sumažėjimas, atsirandantis, jei jos susitinka viename erdvės taške. Maksimumai šiuo atveju vadinami antimazgais, o minimumai – mazgais. Šis apibrėžimas apima kai kurias virpesių procesų savybes, kurias atskleisime šiek tiek vėliau.

Paveikslėlis, atsirandantis dėl viena ant kitos besidengiančių bangų (o jų gali būti daug), priklauso tik nuo fazių skirtumo, kuriame virpesiai pasiekia vieną erdvės tašką.

Šviesa taip pat yra banga

Mokslininkai tokią išvadą padarė jau XVI amžiuje. Optikos, kaip mokslo, pagrindus padėjo pasaulinio garso anglų mokslininkas Isaacas Newtonas. Būtent jis pirmasis suprato, kad šviesa susideda iš tam tikrų elementų, kurių kiekis lemia jos spalvą. Mokslininkas atrado dispersijos ir lūžio reiškinį. Ir jis pirmasis pastebėjo šviesos trukdžius lęšiams. Niutonas tyrė tokias spindulių savybes kaip lūžio kampas įvairiose terpėse, dviguba refrakcija ir poliarizacija. Jam priskiriamas pirmasis bangų trukdžių pritaikymas žmonijos labui. Ir būtent Niutonas suprato, kad jei šviesa nebūtų vibracija, ji nepasižymėtų visų šių savybių.

Šviesos savybės

Šviesos banginės savybės apima:

1. Bangos ilgis. Tai atstumas tarp dviejų gretimų vienos sūpynės aukštumų. Būtent bangos ilgis lemia matomos spinduliuotės spalvą ir energiją.
2. Dažnis. Tai yra visiškų bangų, kurios gali atsirasti per vieną sekundę, skaičius. Reikšmė išreiškiama hercais ir yra atvirkščiai proporcinga bangos ilgiui.
3. Amplitudė. Tai yra svyravimo „aukštis“arba „gylis“. Reikšmė tiesiogiai pasikeičia, kai trukdo du svyravimai. Amplitudė rodo, kaip stipriai buvo sutrikdytas elektromagnetinis laukas, kad būtų sukurta ši banga. Taip pat nustatomas lauko stiprumas.
4. Bangos fazė. Tai yra svyravimo dalis, kuri pasiekiama tam tikru metu. Jei trukdžių metu dvi bangos susikerta tame pačiame taške, tada jų fazių skirtumas bus išreikštas π. vienetais
5. Koherentinė elektromagnetinė spinduliuotė vadinama sutos pačios savybės. Dviejų bangų darna reiškia jų fazių skirtumo pastovumą. Natūralių tokios spinduliuotės š altinių nėra, jie sukurti tik dirbtinai.

Pirmoji paraiška yra mokslinė

Sonas Izaokas sunkiai ir sunkiai dirbo siekdamas šviesos savybių. Jis tiksliai stebėjo, kaip spindulių pluoštas elgiasi susidūręs su prizme, cilindru, plokštele ir lęšiu iš įvairių laužiančių skaidrių terpių. Kartą Niutonas uždėjo išgaubtą stiklo lęšį ant stiklo plokštės lenktu paviršiumi žemyn ir nukreipė lygiagrečių spindulių srautą į konstrukciją. Dėl to radialiai ryškūs ir tamsūs žiedai skiriasi nuo objektyvo centro. Mokslininkas iš karto spėjo, kad tokį reiškinį galima pastebėti tik tuo atveju, jei šviesoje yra kokia nors periodinė savybė, kuri spindulį kažkur užgesina, o kai kur atvirkščiai – sustiprina. Kadangi atstumas tarp žiedų priklausė nuo lęšio kreivumo, Niutonas sugebėjo apytiksliai apskaičiuoti virpesių bangos ilgį. Taigi anglų mokslininkas pirmą kartą rado konkretų interferencijos reiškinio pritaikymą.

Plyšiniai trukdžiai

Tolimesniems šviesos savybių tyrimams reikėjo nustatyti ir atlikti naujus eksperimentus. Pirmiausia mokslininkai išmoko sukurti nuoseklias sijas iš gana nevienalyčių š altinių. Norėdami tai padaryti, lempos, žvakės ar saulės srautas buvo padalintas į dvi dalis, naudojant optinius įrenginius. Pavyzdžiui, kai spindulys atsitrenkia į stiklo plokštę 45 laipsnių kampu, tada jo dalislūžta ir pereina, o dalis atsispindi. Jei šie srautai yra lygiagretūs lęšių ir prizmių pagalba, fazių skirtumas juose bus pastovus. Ir kad eksperimentų metu šviesa iš taškinio š altinio neskleistų kaip ventiliatorius, spindulys buvo lygiagretus naudojant artimo fokusavimo objektyvą.

Kai mokslininkai išmoko visas šias manipuliacijas su šviesa, jie pradėjo tirti trukdžių reiškinį įvairiose skylėse, įskaitant siaurą plyšį arba plyšių seriją.

Trikdžiai ir difrakcija

Aukščiau aprašyta patirtis tapo įmanoma dėl kitos šviesos savybės – difrakcijos. Įveikus kliūtį, kuri yra pakankamai maža, kad ją būtų galima palyginti su bangos ilgiu, svyravimai gali pakeisti savo sklidimo kryptį. Dėl to po siauro plyšio dalis pluošto keičia sklidimo kryptį ir sąveikauja su spinduliais, kurie nepakeitė pasvirimo kampo. Todėl trukdžių ir difrakcijos pritaikymų negalima atskirti vienas nuo kito.

Modeliai ir realybė

Iki šiol naudojome idealaus pasaulio modelį, kuriame visi šviesos pluoštai yra lygiagrečiai vienas kitam ir nuoseklūs. Be to, paprasčiausiame trikdžių aprašyme numanoma, kad visada susiduriama su vienodo bangos ilgio spinduliuote. Tačiau iš tikrųjų viskas nėra taip: šviesa dažniausiai būna b alta, ji susideda iš visų Saulės teikiamų elektromagnetinių virpesių. Tai reiškia, kad trukdžiai atsiranda pagal sudėtingesnius dėsnius.

Plonos plėvelės

Akivaizdžiausias tokio pobūdžio pavyzdysšviesos sąveika – tai šviesos pluošto patekimas ant plonos plėvelės. Kai miesto baloje yra lašas benzino, paviršius mirga visomis vaivorykštės spalvomis. Ir tai yra kaip tik trukdžių rezultatas.

Šviesa krenta ant plėvelės paviršiaus, lūžta, krenta ant benzino ir vandens ribos, atsispindi ir vėl lūžta. Dėl to banga susitinka pati prie išėjimo. Taigi visos bangos yra slopinamos, išskyrus tas, kurioms tenkinama viena sąlyga: plėvelės storis yra pusės sveikojo skaičiaus bangos ilgio kartotinis. Tada išėjime svyravimai susidurs su dviem maksimumais. Jei dangos storis yra lygus visam bangos ilgiui, tada išvestis uždengs maksimumą ir mažiausią, o spinduliuotė pati užges.

Iš to išplaukia, kad kuo storesnė plėvelė, tuo didesnis turi būti bangos ilgis, kuris iš jos išeis be nuostolių. Tiesą sakant, plona plėvelė padeda išryškinti atskiras spalvas iš viso spektro ir gali būti naudojama technologijose.

Fotografijos ir dalykėliai

Kaip bebūtų keista, kai kurios trukdžių programos yra žinomos visiems madingiesiems visame pasaulyje.

Pagrindinis gražios moters modelio darbas – gerai atrodyti prieš kameras. Moteris fotosesijai ruošia visa komanda: stilistė, vizažistė, mados ir interjero dizainerė, žurnalo redaktorė. Įkyrūs paparacai gali laukti modelio gatvėje, namuose su juokingais drabužiais ir juokinga poza, o tada nuotraukas iškelti viešai. Tačiau gera įranga yra būtina visiems fotografams. Kai kurie įrenginiai gali kainuoti kelis tūkstančius dolerių. TarpPagrindinės tokios įrangos savybės būtinai bus optikos apšvietimas. O nuotraukos iš tokio įrenginio bus labai kokybiškos. Atitinkamai, be pasiruošimo nušauta žvaigždė taip pat neatrodys taip nepatraukliai.

Akiniai, mikroskopai, žvaigždės

Šio reiškinio pagrindas yra trukdžiai plonose plėvelėse. Tai įdomus ir dažnas reiškinys. Ir randa šviesos trukdžių pritaikymo metodą, kurį kai kurie žmonės laiko rankose kiekvieną dieną.

Žmogaus akis geriausiai suvokia žalią spalvą. Todėl gražių merginų nuotraukose neturėtų būti klaidų šiame konkrečiame spektro regione. Jei ant fotoaparato paviršiaus užtepama tam tikro storio plėvelė, tokia įranga neturės žalių atspindžių. Jei dėmesingas skaitytojas kada nors pastebėjo tokias detales, tada jį turėjo nustebinti tik raudoni ir violetiniai atspindžiai. Ta pati plėvelė dedama ant akinių akinių.

Bet jei kalbame ne apie žmogaus akį, o apie aistringą įrenginį? Pavyzdžiui, mikroskopas turi registruoti infraraudonųjų spindulių spektrą, o teleskopas – tirti žvaigždžių ultravioletinius komponentus. Tada uždedama skirtingo storio antirefleksinė plėvelė.