2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41
Idag kommer vi att prata om användningen av interferens i vetenskap och vardagsliv, avslöja den fysiska innebörden av detta fenomen och berätta om historien bakom dess upptäckt.
Definitioner och distributioner
Innan du pratar om betydelsen av ett fenomen i natur och teknik måste du först ge en definition. Idag överväger vi ett fenomen som skolbarn studerar på fysiklektionerna. Låt oss därför, innan vi beskriver den praktiska tillämpningen av störningar, gå till läroboken.
Till att börja med bör det noteras att detta fenomen gäller alla typer av vågor: de som uppstår på vattenytan eller under forskning. Så, interferens är en ökning eller minskning av amplituden för två eller flera koherenta vågor, som uppstår om de möts vid en punkt i rymden. Maxima kallas i detta fall antinoder, och minima kallas noder. Denna definition inkluderar några egenskaper hos oscillerande processer, som vi kommer att avslöja lite senare.
Bilden som blir resultatet av att vågor överlagras ovanpå varandra (och det kan vara många) beror bara på fasskillnaden i vilken svängningarna kommer till en punkt i rymden.
Ljus är också en våg
Forskare kom till denna slutsats redan på 1500-talet. Grunden för optik som vetenskap lades av den världsberömda engelske vetenskapsmannen Isaac Newton. Det var han som först insåg att ljus består av vissa element, vars mängd bestämmer dess färg. Forskaren upptäckte fenomenet dispersion och refraktion. Och han var den första att observera störningar av ljus på linser. Newton studerade sådana egenskaper hos strålar som brytningsvinkeln i olika medier, dubbelbrytning och polarisation. Han är krediterad för den första tillämpningen av våginterferens till mänsklighetens fördel. Och det var Newton som insåg att om ljus inte var vibrationer, skulle det inte uppvisa alla dessa egenskaper.
Lätta fastigheter
Ljusets vågegenskaper inkluderar:
- Våglängd. Detta är avståndet mellan två intilliggande toppar av en sving. Det är våglängden som bestämmer färgen och energin för synlig strålning.
- Frekvens. Detta är antalet kompletta vågor som kan uppstå på en sekund. Värdet uttrycks i Hertz och är omvänt proportionellt mot våglängden.
- Amplitud. Detta är "höjden" eller "djupet" av oscillationen. Värdet ändras direkt när två svängningar interfererar. Amplituden visar hur kraftigt det elektromagnetiska fältet stördes för att generera just denna våg. Den ställer också in fältstyrkan.
- Vågfas. Detta är den del av svängningen som uppnås vid en given tidpunkt. Om två vågor möts vid samma punkt under interferens, kommer deras fasskillnad att uttryckas i enheter av π.
- Koherent elektromagnetisk strålning kallas medsamma egenskaper. Koherensen av två vågor innebär konstanten av deras fasskillnad. Det finns inga naturliga källor till sådan strålning, de skapas endast på konstgjord väg.
Första ansökan är vetenskaplig
Sir Isaac arbetade hårt och hårt med ljusets egenskaper. Han observerade exakt hur en strålstråle beter sig när den möter ett prisma, en cylinder, en platta och en lins från olika brytande transparenta medier. En gång placerade Newton en konvex glaslins på en glasplatta med en krökt yta nedåt och riktade en ström av parallella strålar mot strukturen. Som ett resultat avviker radiellt ljusa och mörka ringar från linsens mitt. Forskaren gissade omedelbart att ett sådant fenomen endast kan observeras om det finns någon periodisk egenskap i ljuset som släcker strålen någonstans, och någonstans, tvärtom, förbättrar den. Eftersom avståndet mellan ringarna berodde på linsens krökning kunde Newton ungefär beräkna svängningens våglängd. Således hittade den engelska vetenskapsmannen för första gången en konkret tillämpning för fenomenet interferens.
Splitstörning
Ytterligare studier av ljusets egenskaper krävde att man satte upp och genomförde nya experiment. Först lärde sig forskare hur man skapar sammanhängande strålar från ganska heterogena källor. För att göra detta delades flödet från en lampa, ett ljus eller en sol i två med hjälp av optiska enheter. Till exempel, när en stråle träffar en glasskiva i en vinkel på 45 grader, då en del av denbryts och går vidare, och en del reflekteras. Om dessa strömmar görs parallella med hjälp av linser och prismor blir fasskillnaden i dem konstant. Och för att ljuset i experimenten inte skulle komma ut som en fläkt från en punktkälla gjordes strålen parallell med en närfokuslins.
När forskare lärde sig alla dessa manipulationer med ljus, började de studera fenomenet interferens på en mängd olika hål, inklusive en smal slits eller en serie slitsar.
Interferens och diffraktion
Upplevelsen som beskrivs ovan blev möjlig på grund av en annan egenskap hos ljus - diffraktion. Genom att övervinna ett hinder som är tillräckligt litet för att jämföras med våglängden, kan svängningen ändra riktningen för dess utbredning. På grund av detta, efter en smal slits, ändrar en del av strålen utbredningsriktningen och interagerar med strålar som inte ändrade lutningsvinkeln. Därför kan tillämpningarna av interferens och diffraktion inte separeras från varandra.
Modeller och verklighet
Fram till denna punkt har vi använt modellen för en ideal värld där alla ljusstrålar är parallella med varandra och koherenta. Dessutom, i den enklaste beskrivningen av interferens, antyds det att strålning med samma våglängder alltid påträffas. Men i verkligheten är allt inte så: ljuset är oftast vitt, det består av alla elektromagnetiska vibrationer som solen ger. Detta innebär att störningar sker enligt mer komplexa lagar.
Tunnfilmer
Det mest uppenbara exemplet av detta slaginteraktion av ljus är infallandet av en ljusstråle på en tunn film. När det ligger en droppe bensin i en stadspöl skimrar ytan av regnbågens alla färger. Och detta är just resultatet av störningar.
Ljus faller på filmens yta, bryts, faller på gränsen mellan bensin och vatten, reflekteras och bryts igen. Som ett resultat möter vågen sig själv vid utgången. Således undertrycks alla vågor, förutom de för vilka ett villkor är uppfyllt: filmtjockleken är en multipel av en halvheltals våglängd. Sedan vid utgången möter svängningen sig själv med två maxima. Om tjockleken på beläggningen är lika med hela våglängden, kommer uteffekten att lägga maxim alt på minimumet och strålningen släcks av sig själv.
Av detta följer att ju tjockare filmen är, desto större måste våglängden vara som kommer ut ur den utan förlust. Faktum är att en tunn film hjälper till att framhäva enskilda färger från hela spektrat och kan användas inom teknik.
Fotosessioner och prylar
Märkligt nog är vissa tillämpningar av störningar bekanta för alla fashionistas runt om i världen.
En vacker kvinnlig modells huvudsakliga uppgift är att se bra ut framför kamerorna. Ett helt team förbereder kvinnor för en fotografering: en stylist, makeupartist, mode- och inredningsdesigner, tidningsredaktör. Irriterande paparazzi kan ligga och vänta på en modell på gatan, hemma, i roliga kläder och en löjlig pose, och sedan visa bilderna offentligt. Men bra utrustning är viktigt för alla fotografer. Vissa enheter kan kosta flera tusen dollar. BlandHuvudegenskaperna hos sådan utrustning kommer nödvändigtvis att vara upplysningen av optik. Och bilderna från en sådan enhet kommer att vara av mycket hög kvalitet. Därför kommer ett stjärnskott utan förberedelser inte heller att se så oattraktivt ut.
glasögon, mikroskop, stjärnor
Grunden för detta fenomen är störningar i tunna filmer. Detta är ett intressant och vanligt fenomen. Och hittar ljusstörningar i en teknik som vissa människor håller i sina händer varje dag.
Det mänskliga ögat uppfattar grön färg bäst. Därför bör fotografier av vackra flickor inte innehålla fel i just denna region av spektrumet. Om en film med en specifik tjocklek appliceras på kamerans yta, kommer sådan utrustning inte att ha gröna reflektioner. Om den uppmärksamma läsaren någonsin har lagt märke till sådana detaljer, borde han ha slagits av närvaron av endast röda och lila reflexer. Samma film appliceras på glasögon.
Men om vi inte pratar om det mänskliga ögat, utan om en passionslös enhet? Till exempel måste ett mikroskop registrera det infraröda spektrumet, och ett teleskop måste studera de ultravioletta komponenterna i stjärnor. Sedan appliceras en antireflexfilm av en annan tjocklek.
Rekommenderad:
Glasugn: typer, enhet, specifikationer och praktisk tillämpning
Idag använder människor aktivt glas för en mängd olika ändamål. Själva glastillverkningsprocessen är smältning av råmaterial eller laddning. Glassmältugnar används för att smälta materialet. De finns i olika typer och klassificeras enligt flera kriterier
Blandat foder: typer, sammansättning, tillämpning
Det obestridliga faktum är att för full tillväxt och utveckling av husdjur och fåglar, bör basen för kosten vara kombinerat foder (blandfoder). Det bör noteras att flera foderrecept har utvecklats för varje typ av husdjur. Vi kommer att prata om typer i vår artikel
Jonimplantation: koncept, funktionsprincip, metoder, syfte och tillämpning
Jonimplantation är en lågtemperaturprocess genom vilken komponenterna i ett enskilt element accelereras in i den fasta ytan på en wafer, och därigenom ändrar dess fysikaliska, kemiska eller elektriska egenskaper. Denna metod används vid tillverkning av halvledarenheter och vid metallbearbetning, såväl som i materialvetenskaplig forskning
Pyroteknisk sammansättning: klassificering, komponenter, tillämpning
En pyroteknisk komposition är ett ämne eller en blandning av komponenter som är utformade för att ge en effekt i form av värme, ljus, ljud, gas, rök eller en kombination därav, som ett resultat av självuppehållande exoterma kemiska reaktioner som ske utan detonation. En liknande process är inte beroende av syre från externa källor
Indikator för valutastyrka: definition, typer, tillämpning
Den här artikeln kommer att diskutera ett populärt handelsverktyg för handlare - en indikator på styrkan hos valutor. Läsaren kommer att lära sig vilka typer av handelsinstrument som finns för att bestämma styrkan och svagheten hos valutapar, om deras funktioner, samt hur man använder dem i handeln
