Aplicarea interferențelor, interferența într-un film subțire

Astăzi vom vorbi despre aplicarea interferențelor în știință și viața de zi cu zi, vom dezvălui semnificația fizică a acestui fenomen și vom vorbi despre istoria descoperirii sale.

Definiții și distribuții

Înainte de a vorbi despre semnificația unui fenomen în natură și tehnologie, trebuie mai întâi definită o definiție. Astăzi analizăm un fenomen pe care elevii îl învață în lecții de fizică. Prin urmare, înainte de a descrie aplicarea practică a interferențelor, să ne îndreptăm spre manual.

În primul rând, trebuie remarcat faptul că acest fenomen se aplică tuturor tipurilor de valuri: celor care apar pe suprafața apei sau în timpul cercetărilor. Deci, interferența este o creștere sau reducere a amplitudinii a două sau mai multe valuri coerente, care apare dacă apar la un punct din spațiu. În acest caz, maximele sunt numite antinode, iar minimele sunt numite noduri. În această definiție apar unele proprietăți ale proceselor oscilatorii, pe care le vom dezvălui mai târziu.

Imaginea obținută ca urmare a suprapunerii valurilor unul pe celălalt (și poate fi o mulțime de ele) depinde numai de diferența de fază în care oscilațiile ajung la un punct din spațiu.

Lumina este, de asemenea, un val

La această concluzie, oamenii de știință au venit încă din secolul al XVI-lea. Fundamentele opticelor ca știință au făcut cunoscut omul de știință britanic Isaac Newton. El a realizat pentru prima dată că lumina constă în anumite elemente, numărul cărora determină culoarea. Cercetătorul a descoperit fenomenul de dispersie și refracție. Și a fost primul care a observat interferența luminii pe lentile. Newton a studiat astfel de proprietăți ale razelor ca unghiul de refracție în medii diferite, dublu refracție, polarizare. Pentru el merită meritul primei aplicări a interferenței valurilor în beneficiul omenirii. Și era Newton care și-a dat seama că, dacă nu ar fi existat o ușoară ezitare, el nu ar arăta toate aceste caracteristici.

Proprietăți ale luminii

Proprietățile de undă ale luminii includ:

1. Lungimea de undă. Aceasta este distanța dintre două maxime adiacente ale unei singure oscilații. Lungimea de undă determină culoarea și energia radiației vizibile.
2. Frecvența. Acesta este numărul de valuri pline care pot apărea într-o secundă. Valoarea este exprimată în Hertz și invers proporțională cu lungimea de undă.
3. Amplitudinea. Aceasta este "înălțimea" sau "adâncimea" oscilației. Valoarea se modifică direct cu interferența a două oscilații. Amplitudinea arată cât de mult câmpul electromagnetic a fost indignat pentru a genera acest val particular. De asemenea, stabilește intensitatea câmpului.
4. Faza valului. Aceasta este partea din fluctuația care se realizează la un anumit moment în timp. Dacă două valuri se întâlnesc într-un punct cu interferențe, atunci diferența lor de fază va fi exprimată în unități de PI-.
5. Radiația electromagnetică cu aceleași caracteristici se numește coerentă. Coerența a două valuri implică constanța diferenței de fază. Sursele naturale de astfel de radiații nu există, ele sunt create numai prin mijloace artificiale.

Prima aplicație - științifică

Sir Isaac a muncit din greu și puternic pe proprietățile luminii. El a privit, modul în care un fascicul de lumină se comportă atunci când se confruntă cu prismă, cilindru, placă și o lentilă refractie din diverse suporturi transparente. Odată ce Newton a pus pe o placă de sticlă ca o lentilă de sticlă suprafață curbată convexă orientată în jos și fluxul de proiectare raze paralele. Ca rezultat, inele radiale luminoase și întunecate au fost radiate din centrul obiectivului. Om de știință ghicit că un astfel de fenomen poate fi observat doar în cazul în care, în lumina există nici o proprietate periodică, care undeva fasciculul se stinge, dar undeva, dimpotrivă, întărește. Având în vedere că distanța dintre inele depinde de curbura a lentilei, Newton ar putea calcula aproximativ fluctuația lungimii de undă. Astfel, omul de știință englez a găsit pentru prima dată o aplicare concretă a fenomenului de interferență.

Interferența asupra fantei

Studiile ulterioare ale proprietăților luminii au necesitat formularea și desfășurarea de noi experimente. În primul rând, oamenii de știință au învățat cum să creeze grinzi coerente din surse destul de diverse. Pentru a face acest lucru, fluxul de la lampă, lumânare sau soare a fost împărțit în două prin intermediul dispozitivelor optice. De exemplu, atunci când o grindă cade pe o placă de sticlă la un unghi de 45 de grade, atunci o parte din ea este refractată și trece și o parte este reflectată. Dacă lentilele și prismele fac aceste fluxuri paralele, diferența de fază dintre ele va fi constantă. Și că în experimente lumina nu emană din sursa punctului ca un ventilator, fasciculul este făcut paralel cu ajutorul unui obiectiv cu focalizare apropiată.

Când oamenii de știință au învățat toate aceste manipulări cu lumină, au început să studieze fenomenul de interferență la o varietate de deschideri, incluzând o fantă îngustă sau un număr de fante.

Interferențe și difracție

Experiența descrisă mai sus a devenit posibilă datorită unei alte proprietăți a difracției de lumină. Depășirea obstacolului este suficient de mică pentru a compara lungimea de undă, oscilația poate schimba direcția propagării sale. Datorită acestui fapt, după ce o parte îngustă a fasciculului schimbă direcția propagării și interacționează cu razele care nu modifică unghiul de înclinare. Prin urmare, utilizarea interferențelor și a difracției nu poate fi separată una de cealaltă.

Modele și realitate

Până în acest moment, am folosit modelul ideal al lumii, în care toate fasciculele luminoase sunt paralele și coerente. De asemenea, în cea mai simplă descriere a interferențelor, înțelegem că se produce întotdeauna radiații cu lungimi de undă identice. Dar, în realitate, totul nu este așa: lumina este de cele mai multe ori albă, constă în toate oscilațiile electromagnetice pe care le oferă Soarele. Deci, interferența are loc în conformitate cu legi mai complexe.

Filme subțiri

Cel mai evident exemplu al acestui tip de interacțiune a luminii este căderea unui fascicul de lumină pe un film subțire. Atunci când într-o piscină de oraș există o picătură de benzină, suprafața se deplasează cu toate culorile curcubeului. și aceasta este o consecință și anume interferențe.

Lumina cade pe suprafața filmului, refractează, cade pe limita benzinei și a apei, se reflectă și se reface încă o dată. Drept rezultat, ieșirea valului se întâlnește cu ea însăși. Astfel, toate undele sunt stinse, cu excepția celor pentru care o condiție este satisfăcută: grosimea filmului este un multiplu al lungimii de undă semi-integrale. Apoi, la ieșire, oscilația va avea loc cu două maxime. Dacă grosimea stratului de acoperire este egală cu întreaga lungime de undă, atunci maximul va fi suprapus la ieșire la minimum, iar radiația se va stinge.

Din aceasta rezultă că, cu cât filmul este mai gros, cu atât lungimea de undă este mai mare, ceea ce îl va lăsa fără pierderi. De fapt, un film subțire facilitează izolarea culorilor individuale din întregul spectru și poate fi utilizat în inginerie.

Fotografii și gadgeturi

Destul de ciudat, unele aplicații de interferențe sunt familiare tuturor femeilor de modă din lume.

Principala sarcină a unei fetițe frumoase este de a arăta bine în fața camerelor. O brigadă întreagă se pregătește pentru sesiunea foto a profesioniștilor femei: stilist, machiaj, designer de haine și interior, editor al revistei. Paparazzi enervant pot aștepta pentru un model pe stradă, acasă, în haine amuzante și poze ridicole și apoi pun fotografii pe afișul public. Dar echipamentul bun este important pentru toți fotografii. Unele dispozitive pot costa câteva mii de dolari. Printre principalele caracteristici ale unui astfel de echipament va fi neapărat claritatea optică. Și imaginile de la un astfel de dispozitiv vor fi de o calitate foarte bună. În consecință, și înlăturată fără să fie antrenată stea, de asemenea, nu va arăta atât de neatractivă.

Ochelari, microscoape, stele

Baza acestui fenomen este interferența în filmele subțiri. Acesta este un fenomen interesant și comun. Iar interferența luminii se găsește în tehnologie, pe care unii oameni o țin în fiecare zi.

Ochiul uman percepe cel mai bine culoarea verde. Prin urmare, fotografiile fetelor frumoase nu ar trebui să conțină erori exact în această zonă a spectrului. Dacă pe suprafața camerei este aplicată o peliculă cu o grosime specifică, atunci aceste echipamente nu vor avea culori verzi. Dacă un cititor atent a observat vreodată astfel de detalii, ar fi trebuit să fie lovit de prezența doar a unor reflecții roșii și violete. Același film se aplică ochelarilor de ochelari.

Dar dacă nu e vorba de ochiul uman, ci de dispozitivul impasibil? De exemplu, un microscop ar trebui să înregistreze un spectru infraroșu, iar un telescop ar trebui să examineze componentele ultraviolete ale stelelor. Apoi se aplică un film de antireflecție cu o grosime diferită.