Εφαρμογή παρεμβολής, παρεμβολή λεπτής μεμβράνης

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Σήμερα θα μιλήσουμε για τη χρήση της παρέμβασης στην επιστήμη και την καθημερινή ζωή, θα αποκαλύψουμε το φυσικό νόημα αυτού του φαινομένου και θα μιλήσουμε για την ιστορία της ανακάλυψής του.

Ορισμοί και διανομές

Πριν μιλήσετε για τη σημασία ενός φαινομένου στη φύση και την τεχνολογία, πρέπει πρώτα να δώσετε έναν ορισμό. Σήμερα εξετάζουμε ένα φαινόμενο που οι μαθητές μελετούν στα μαθήματα φυσικής. Επομένως, πριν περιγράψουμε την πρακτική εφαρμογή των παρεμβολών, ας στραφούμε στο σχολικό βιβλίο.

Αρχικά, πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό το φαινόμενο ισχύει για όλους τους τύπους κυμάτων: αυτά που αναδύονται στην επιφάνεια του νερού ή κατά τη διάρκεια της έρευνας. Έτσι, η παρεμβολή είναι μια αύξηση ή μείωση του πλάτους δύο ή περισσότερων συνεκτικών κυμάτων, η οποία συμβαίνει εάν συναντηθούν σε ένα σημείο του χώρου. Τα μέγιστα σε αυτή την περίπτωση ονομάζονται αντικόμβοι και τα ελάχιστα ονομάζονται κόμβοι. Αυτός ο ορισμός περιλαμβάνει ορισμένες ιδιότητες των ταλαντωτικών διεργασιών, τις οποίες θα αποκαλύψουμε λίγο αργότερα.

Η εικόνα που προκύπτει από την υπέρθεση κυμάτων το ένα πάνω στο άλλο (και μπορεί να υπάρχουν πολλά) εξαρτάται μόνο από τη διαφορά φάσης στην οποία οι ταλαντώσεις έρχονται σε ένα σημείο στο διάστημα.

Το φως είναι επίσης ένα κύμα

Οι επιστήμονες κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα ήδη τον δέκατο έκτο αιώνα. Τα θεμέλια της οπτικής ως επιστήμης έθεσε ο παγκοσμίου φήμης Άγγλος επιστήμονας Ισαάκ Νεύτων. Ήταν αυτός που συνειδητοποίησε πρώτος ότι το φως αποτελείται από ορισμένα στοιχεία, η ποσότητα των οποίων καθορίζει το χρώμα του. Ο επιστήμονας ανακάλυψε το φαινόμενο της διασποράς και της διάθλασης. Και ήταν ο πρώτος που παρατήρησε την παρεμβολή του φωτός στους φακούς. Ο Νεύτων μελέτησε τέτοιες ιδιότητες των ακτίνων όπως η γωνία διάθλασης σε διαφορετικά μέσα, η διπλή διάθλαση και η πόλωση. Του πιστώνεται η πρώτη εφαρμογή παρεμβολής κυμάτων προς όφελος της ανθρωπότητας. Και ήταν ο Νεύτωνας που συνειδητοποίησε ότι αν το φως δεν ήταν δονήσεις, δεν θα παρουσίαζε όλα αυτά τα χαρακτηριστικά.

Ιδιότητες φωτός

Οι κυματικές ιδιότητες του φωτός περιλαμβάνουν:

1. Μήκος κύματος. Αυτή είναι η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών υψηλών μιας κούνιας. Είναι το μήκος κύματος που καθορίζει το χρώμα και την ενέργεια της ορατής ακτινοβολίας.
2. Συχνότητα. Αυτός είναι ο αριθμός των πλήρων κυμάτων που μπορούν να εμφανιστούν σε ένα δευτερόλεπτο. Η τιμή εκφράζεται σε Hertz και είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματος.
3. Amplitude. Αυτό είναι το «ύψος» ή το «βάθος» της ταλάντωσης. Η τιμή αλλάζει άμεσα όταν παρεμβάλλονται δύο ταλαντώσεις. Το πλάτος δείχνει πόσο έντονα διαταράχθηκε το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο προκειμένου να δημιουργηθεί αυτό το συγκεκριμένο κύμα. Ορίζει επίσης την ένταση του πεδίου.
4. Κυματική φάση. Αυτό είναι το μέρος της ταλάντωσης που επιτυγχάνεται σε μια δεδομένη στιγμή. Εάν δύο κύματα συναντηθούν στο ίδιο σημείο κατά τη διάρκεια της παρεμβολής, τότε η διαφορά φάσης τους θα εκφραστεί σε μονάδες π.
5. Η συνεκτική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ονομάζεται μετα ίδια χαρακτηριστικά. Η συνοχή δύο κυμάτων συνεπάγεται τη σταθερότητα της διαφοράς φάσης τους. Δεν υπάρχουν φυσικές πηγές τέτοιας ακτινοβολίας, δημιουργούνται μόνο τεχνητά.

Η πρώτη εφαρμογή είναι επιστημονική

Ο Sir Isaac εργάστηκε σκληρά και σκληρά για τις ιδιότητες του φωτός. Παρατήρησε ακριβώς πώς συμπεριφέρεται μια δέσμη ακτίνων όταν συναντά ένα πρίσμα, έναν κύλινδρο, μια πλάκα και έναν φακό από διάφορα διαθλαστικά διαφανή μέσα. Κάποτε, ο Νεύτων τοποθέτησε έναν κυρτό γυάλινο φακό σε μια γυάλινη πλάκα με μια καμπύλη επιφάνεια προς τα κάτω και κατεύθυνε ένα ρεύμα παράλληλων ακτίνων πάνω στη δομή. Ως αποτέλεσμα, ακτινικά φωτεινοί και σκούροι δακτύλιοι αποκλίνουν από το κέντρο του φακού. Ο επιστήμονας μάντεψε αμέσως ότι ένα τέτοιο φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί μόνο εάν υπάρχει κάποια περιοδική ιδιότητα στο φως που κάπου σβήνει τη δέσμη και κάπου, αντίθετα, την ενισχύει. Δεδομένου ότι η απόσταση μεταξύ των δακτυλίων εξαρτιόταν από την καμπυλότητα του φακού, ο Newton ήταν σε θέση να υπολογίσει περίπου το μήκος κύματος της ταλάντωσης. Έτσι, ο Άγγλος επιστήμονας βρήκε για πρώτη φορά μια συγκεκριμένη εφαρμογή για το φαινόμενο της παρεμβολής.

Παρεμβολή σχισμής

Περαιτέρω μελέτες των ιδιοτήτων του φωτός απαιτούσαν τη δημιουργία και τη διεξαγωγή νέων πειραμάτων. Πρώτον, οι επιστήμονες έμαθαν πώς να δημιουργούν συνεκτικές δέσμες από αρκετά ετερογενείς πηγές. Για να γίνει αυτό, η ροή από μια λάμπα, κερί ή ήλιο χωρίστηκε στα δύο χρησιμοποιώντας οπτικές συσκευές. Για παράδειγμα, όταν μια δέσμη χτυπά μια γυάλινη πλάκα υπό γωνία 45 μοιρών, τότε μέρος τηςδιαθλάται και περνά, και μέρος ανακλάται. Εάν αυτά τα ρεύματα γίνουν παράλληλα με τη βοήθεια φακών και πρισμάτων, η διαφορά φάσης σε αυτά θα είναι σταθερή. Και έτσι ώστε στα πειράματα το φως να μην έβγαινε σαν ανεμιστήρας από σημειακή πηγή, η δέσμη έγινε παράλληλη χρησιμοποιώντας φακό κοντινής εστίασης.

Όταν οι επιστήμονες έμαθαν όλους αυτούς τους χειρισμούς με το φως, άρχισαν να μελετούν το φαινόμενο της παρεμβολής σε μια ποικιλία οπών, συμπεριλαμβανομένης μιας στενής σχισμής ή μιας σειράς σχισμών.

Παρεμβολή και περίθλαση

Η εμπειρία που περιγράφηκε παραπάνω έγινε δυνατή λόγω μιας άλλης ιδιότητας του φωτός - της περίθλασης. Ξεπερνώντας ένα εμπόδιο αρκετά μικρό ώστε να συγκρίνεται με το μήκος κύματος, η ταλάντωση μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση διάδοσής της. Εξαιτίας αυτού, μετά από μια στενή σχισμή, μέρος της δοκού αλλάζει την κατεύθυνση διάδοσης και αλληλεπιδρά με δοκούς που δεν άλλαξαν τη γωνία κλίσης. Επομένως, οι εφαρμογές της παρεμβολής και της περίθλασης δεν μπορούν να διαχωριστούν μεταξύ τους.

Μοντέλα και πραγματικότητα

Μέχρι αυτό το σημείο, χρησιμοποιούσαμε το μοντέλο ενός ιδανικού κόσμου στον οποίο όλες οι δέσμες φωτός είναι παράλληλες μεταξύ τους και συνεκτικές. Επίσης, στην απλούστερη περιγραφή της παρεμβολής, υπονοείται ότι συναντώνται πάντα ακτινοβολίες με τα ίδια μήκη κύματος. Αλλά στην πραγματικότητα, όλα δεν είναι έτσι: το φως είναι τις περισσότερες φορές λευκό, αποτελείται από όλες τις ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις που παρέχει ο Ήλιος. Αυτό σημαίνει ότι η παρεμβολή συμβαίνει σύμφωνα με πιο περίπλοκους νόμους.

λεπτές μεμβράνες

Το πιο προφανές παράδειγμα αυτού του είδουςαλληλεπίδραση φωτός είναι η πρόσπτωση μιας δέσμης φωτός σε ένα λεπτό φιλμ. Όταν υπάρχει μια σταγόνα βενζίνης σε μια λακκούβα πόλης, η επιφάνεια λαμπυρίζει από όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Και αυτό είναι ακριβώς το αποτέλεσμα παρεμβολών.

Το φως πέφτει στην επιφάνεια της μεμβράνης, διαθλάται, πέφτει στο όριο βενζίνης και νερού, ανακλάται και διαθλάται ξανά. Ως αποτέλεσμα, το κύμα συναντά τον εαυτό του στην έξοδο. Έτσι, όλα τα κύματα καταστέλλονται, εκτός από εκείνα για τα οποία ικανοποιείται μία προϋπόθεση: το πάχος του φιλμ είναι πολλαπλάσιο ενός μισού ακέραιου μήκους κύματος. Τότε στην έξοδο η ταλάντωση θα συναντηθεί με δύο μέγιστα. Εάν το πάχος της επίστρωσης είναι ίσο με ολόκληρο το μήκος κύματος, τότε η έξοδος θα υπερτεθεί το μέγιστο στο ελάχιστο και η ακτινοβολία θα σβήσει μόνη της.

Από αυτό προκύπτει ότι όσο πιο παχύ είναι το φιλμ, τόσο μεγαλύτερο πρέπει να είναι το μήκος κύματος που θα βγει από αυτό χωρίς απώλεια. Στην πραγματικότητα, ένα λεπτό φιλμ βοηθά στην ανάδειξη μεμονωμένων χρωμάτων από ολόκληρο το φάσμα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τεχνολογία.

Φωτογραφίες και gadgets

Περίεργα, ορισμένες εφαρμογές παρεμβολών είναι γνωστές σε όλους τους fashionistas σε όλο τον κόσμο.

Η κύρια δουλειά ενός όμορφου γυναικείου μοντέλου είναι να δείχνει ωραία μπροστά στις κάμερες. Μια ολόκληρη ομάδα προετοιμάζει γυναίκες για μια φωτογράφηση: στυλίστρια, καλλιτέχνης μακιγιάζ, σχεδιάστρια μόδας και εσωτερικών χώρων, συντάκτρια περιοδικών. Οι ενοχλητικοί παπαράτσι μπορούν να περιμένουν ένα μοντέλο στο δρόμο, στο σπίτι, με αστεία ρούχα και μια γελοία πόζα και μετά να βάλουν τις φωτογραφίες σε δημόσια προβολή. Αλλά ο καλός εξοπλισμός είναι απαραίτητος για όλους τους φωτογράφους. Ορισμένες συσκευές μπορεί να κοστίζουν αρκετές χιλιάδες δολάρια. ΑναμεταξύΤα κύρια χαρακτηριστικά ενός τέτοιου εξοπλισμού θα είναι αναγκαστικά ο διαφωτισμός της οπτικής. Και οι εικόνες από μια τέτοια συσκευή θα είναι πολύ υψηλής ποιότητας. Αντίστοιχα, μια λήψη αστεριού χωρίς προετοιμασία δεν θα φαίνεται και τόσο ελκυστική.

Γυαλιά, μικροσκόπια, αστέρια

Η βάση αυτού του φαινομένου είναι η παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες. Αυτό είναι ένα ενδιαφέρον και κοινό φαινόμενο. Και βρίσκει εφαρμογές ελαφρών παρεμβολών σε μια τεχνική που μερικοί άνθρωποι κρατούν στα χέρια τους κάθε μέρα.

Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται καλύτερα το πράσινο χρώμα. Επομένως, οι φωτογραφίες όμορφων κοριτσιών δεν πρέπει να περιέχουν σφάλματα σε αυτή τη συγκεκριμένη περιοχή του φάσματος. Εάν ένα φιλμ με συγκεκριμένο πάχος εφαρμοστεί στην επιφάνεια της κάμερας, τότε αυτός ο εξοπλισμός δεν θα έχει πράσινες αντανακλάσεις. Εάν ο προσεκτικός αναγνώστης έχει παρατηρήσει ποτέ τέτοιες λεπτομέρειες, τότε θα έπρεπε να έχει εντυπωσιαστεί από την παρουσία μόνο κόκκινων και μωβ αντανακλάσεων. Η ίδια μεμβράνη εφαρμόζεται στα ποτήρια γυαλιών.

Αλλά αν δεν μιλάμε για ανθρώπινο μάτι, αλλά για μια συσκευή χωρίς πάθος; Για παράδειγμα, ένα μικροσκόπιο πρέπει να καταγράφει το υπέρυθρο φάσμα και ένα τηλεσκόπιο πρέπει να μελετά τα υπεριώδη συστατικά των αστεριών. Στη συνέχεια εφαρμόζεται μια αντιανακλαστική μεμβράνη διαφορετικού πάχους.