Traucējumu pielietošana, plānslāņa traucējumi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Šodien runāsim par iejaukšanās izmantošanu zinātnē un sadzīvē, atklāsim šīs parādības fizisko nozīmi un pastāstīsim par tās atklāšanas vēsturi.

Definīcijas un sadalījumi

Pirms runāt par parādības nozīmi dabā un tehnoloģijās, vispirms ir jāsniedz definīcija. Šodien mēs aplūkojam fenomenu, ko skolēni mācās fizikas stundās. Tāpēc, pirms aprakstām interferences praktisko pielietojumu, pievērsīsimies mācību grāmatai.

Vispirms jāatzīmē, ka šī parādība attiecas uz visu veidu viļņiem: tiem, kas rodas uz ūdens virsmas vai izpētes laikā. Tātad traucējumi ir divu vai vairāku koherentu viļņu amplitūdas palielināšanās vai samazināšanās, kas rodas, ja tie sastopas vienā telpas punktā. Maksimumus šajā gadījumā sauc par antinodiem, bet minimumus sauc par mezgliem. Šī definīcija ietver dažas svārstību procesu īpašības, kuras mēs atklāsim nedaudz vēlāk.

Attēls, kas rodas, pārklājot viļņus vienam virs otra (un to var būt daudz), ir atkarīgs tikai no fāzu starpības, kurā svārstības nonāk vienā telpas punktā.

Gaisma arī ir vilnis

Pie šāda secinājuma zinātnieki nonāca jau sešpadsmitajā gadsimtā. Optikas kā zinātnes pamatus lika pasaulslavenais angļu zinātnieks Īzaks Ņūtons. Tieši viņš pirmais saprata, ka gaisma sastāv no noteiktiem elementiem, kuru daudzums nosaka tās krāsu. Zinātnieks atklāja dispersijas un refrakcijas fenomenu. Un viņš bija pirmais, kurš novēroja gaismas traucējumus objektīvos. Ņūtons pētīja tādas staru īpašības kā laušanas leņķis dažādās vidēs, dubultā refrakcija un polarizācija. Viņš tiek uzskatīts par pirmo viļņu traucējumu pielietojumu cilvēces labā. Un tas bija Ņūtons, kurš saprata, ka, ja gaisma nebūtu vibrācijas, tai nebūtu visas šīs īpašības.

Gaismas īpašības

Gaismas viļņu īpašības ietver:

1. Viļņa garums. Tas ir attālums starp diviem blakus esošajiem vienas šūpoles augstumiem. Tas ir viļņa garums, kas nosaka redzamā starojuma krāsu un enerģiju.
2. Biežums. Tas ir pilno viļņu skaits, kas var rasties vienā sekundē. Vērtība ir izteikta hercos un ir apgriezti proporcionāla viļņa garumam.
3. Amplitūda. Tas ir svārstību "augstums" vai "dziļums". Vērtība tieši mainās, ja traucē divas svārstības. Amplitūda parāda, cik spēcīgi elektromagnētiskais lauks tika traucēts, lai radītu šo konkrēto vilni. Tas arī nosaka lauka stiprumu.
4. Viļņu fāze. Šī ir svārstību daļa, kas tiek sasniegta noteiktā laikā. Ja traucējumu laikā divi viļņi saskaras vienā punktā, tad to fāzu starpība tiks izteikta π. vienībās.
5. Koherento elektromagnētisko starojumu sauc artās pašas īpašības. Divu viļņu saskaņotība nozīmē to fāzu starpības nemainīgumu. Dabisku šāda starojuma avotu nav, tie tiek radīti tikai mākslīgi.

Pirmā pieteikšanās ir zinātniska

Sirs Īzaks smagi un smagi strādāja pie gaismas īpašībām. Viņš novēroja, kā tieši staru kūlis uzvedas, saskaroties ar prizmu, cilindru, plāksni un lēcu no dažādiem refrakcijas caurspīdīgiem materiāliem. Reiz Ņūtons uz stikla plāksnes novietoja izliektu stikla lēcu ar izliektu virsmu uz leju un novirzīja uz konstrukciju paralēlu staru plūsmu. Tā rezultātā radiāli spilgti un tumši gredzeni atšķiras no objektīva centra. Zinātnieks uzreiz uzminēja, ka šādu parādību var novērot tikai tad, ja gaismā ir kāda periodiska īpašība, kas kaut kur dzēš staru, bet kaut kur, gluži pretēji, to pastiprina. Tā kā attālums starp gredzeniem bija atkarīgs no lēcas izliekuma, Ņūtons spēja aptuveni aprēķināt svārstību viļņa garumu. Tādējādi angļu zinātnieks pirmo reizi atrada konkrētu pielietojumu traucējumu fenomenam.

Spraugas traucējumi

Turpmākiem gaismas īpašību pētījumiem bija nepieciešams izveidot un veikt jaunus eksperimentus. Pirmkārt, zinātnieki uzzināja, kā izveidot saskaņotus starus no diezgan neviendabīgiem avotiem. Lai to izdarītu, plūsma no lampas, sveces vai saules tika sadalīta divās daļās, izmantojot optiskās ierīces. Piemēram, kad stars atduras pret stikla plāksni 45 grādu leņķī, tad daļa no tālaužas un pāriet tālāk, un daļa tiek atspoguļota. Ja šīs plūsmas tiek veidotas paralēli ar lēcu un prizmu palīdzību, fāžu starpība tajās būs nemainīga. Un, lai eksperimentos gaisma neiznāktu kā ventilators no punktveida avota, staru kūli izveidoja paralēli, izmantojot tuvu fokusa objektīvu.

Kad zinātnieki uzzināja visas šīs manipulācijas ar gaismu, viņi sāka pētīt traucējumu fenomenu dažādiem caurumiem, tostarp šaurām spraugām vai vairākām spraugām.

Interference un difrakcija

Iepriekš aprakstītā pieredze kļuva iespējama, pateicoties citai gaismas īpašībai – difrakcijai. Pārvarot pietiekami mazu šķērsli, lai to salīdzinātu ar viļņa garumu, svārstības spēj mainīt izplatīšanās virzienu. Sakarā ar to pēc šauras spraugas daļa stara maina izplatīšanās virzienu un mijiedarbojas ar stariem, kas nemainīja slīpuma leņķi. Tāpēc traucējumu un difrakcijas lietojumus nevar atdalīt vienu no otra.

Modeļi un realitāte

Līdz šim mēs esam izmantojuši ideālas pasaules modeli, kurā visi gaismas stari ir paralēli viens otram un ir saskaņoti. Arī vienkāršākajā traucējumu aprakstā ir norādīts, ka vienmēr tiek sastapts starojums ar vienādu viļņu garumu. Taču patiesībā viss nav tā: gaisma visbiežāk ir b alta, tā sastāv no visām elektromagnētiskajām vibrācijām, ko nodrošina Saule. Tas nozīmē, ka traucējumi rodas saskaņā ar sarežģītākiem likumiem.

Plāvas plēves

Visredzamākais šāda veida piemērsgaismas mijiedarbība ir gaismas stara iekļūšana plānā plēvē. Kad pilsētas peļķē ir piliens benzīna, virsma mirdz visās varavīksnes krāsās. Un tas ir tieši traucējumu rezultāts.

Gaisma nokrīt uz plēves virsmas, tiek lauzta, nokrīt uz benzīna un ūdens robežas, tiek atspoguļota un atkal laužas. Rezultātā vilnis satiekas pie izejas. Tādējādi tiek nomākti visi viļņi, izņemot tos, kuriem ir izpildīts viens nosacījums: plēves biezums ir pusvesela viļņa garuma reizinājums. Tad izejā svārstības sastapsies ar diviem maksimumiem. Ja pārklājuma biezums ir vienāds ar visu viļņa garumu, izvade uzliks maksimumu uz minimālo, un starojums pats nodzisīs.

No tā izriet, ka jo biezāka ir plēve, jo lielākam jābūt viļņa garumam, kas no tās iznāks bez zudumiem. Patiesībā plānā plēve palīdz izcelt atsevišķas krāsas no visa spektra, un to var izmantot tehnoloģijās.

Fotogrāfijas un sīkrīki

Savādi, daži traucējumu lietojumi ir pazīstami visiem modes cienītājiem visā pasaulē.

Skaistas sievietes modeles galvenais uzdevums ir labi izskatīties kameru priekšā. Sievietes fotosesijai sagatavo vesela komanda: stiliste, grima māksliniece, modes un interjera dizainere, žurnāla redaktore. Kaitinoši paparaci var gaidīt modeli uz ielas, mājās, smieklīgās drēbēs un smieklīgā pozā, un pēc tam izlikt attēlus publiski. Bet labs aprīkojums ir būtisks visiem fotogrāfiem. Dažas ierīces var maksāt vairākus tūkstošus dolāru. StarpŠāda aprīkojuma galvenās īpašības noteikti būs optikas apgaismojums. Un attēli no šādas ierīces būs ļoti kvalitatīvi. Attiecīgi arī bez sagatavošanās nošauta zvaigzne neizskatīsies tik nepievilcīga.

Brilles, mikroskopi, zvaigznes

Šīs parādības pamatā ir traucējumi plānās kārtiņās. Tā ir interesanta un izplatīta parādība. Un atrod gaismas traucējumu lietojumus tehnikā, ko daži cilvēki katru dienu tur rokās.

Cilvēka acs vislabāk uztver zaļo krāsu. Tāpēc skaistu meiteņu fotogrāfijās nevajadzētu saturēt kļūdas šajā konkrētajā spektra reģionā. Ja uz kameras virsmas tiek uzklāta plēve ar noteiktu biezumu, tad šādā iekārtā nebūs zaļu atspulgu. Ja vērīgs lasītājs kādreiz ir pamanījis šādas detaļas, tad viņu vajadzēja pārsteigt tikai sarkanu un purpursarkanu atspulgu klātbūtnei. Tāda pati plēve tiek uzklāta uz brillēm.

Bet ja mēs runājam nevis par cilvēka aci, bet par bezkaislīgu ierīci? Piemēram, mikroskopam jāreģistrē infrasarkanais spektrs, bet teleskopam jāpēta zvaigžņu ultravioletās sastāvdaļas. Pēc tam tiek uzklāta cita biezuma pretatstarošanas plēve.