Häiriökuvioita. Ehdot suurin ja pienin

Interferenssikuvioita - se on vaalea tai tumma raidat, jotka johtuvat säteet, jotka ovat samassa vaiheessa tai epätahdissa toistensa kanssa. Valonsäteet ja vastaavat lisätään, kun niitä sovelletaan, jos niiden vaiheet sama (suuntaan lisäämällä tai vähentämällä), tai ne kumoavat toisensa, jos ne ovat vastakkaisessa. Nämä ilmiöt ovat nimeltään rakentava ja destruktiivinen interferenssi, vastaavasti. Jos monokromaattista valonsäde, kaikki aallot, jotka ovat yhtä pitkät, kulkee kaksi kapeaa rakoa (kokeilu kulki ensiksi vuonna 1801 Thomas Young, Englanti tiedemies, joka, kiitos hänelle tuli siihen tulokseen, että aalto luonne valo), kahdesta syntyneestä palkin voidaan ohjata on taulu, joka sen sijaan, että kaksi päällekkäistä täplät on muodostettu interferenssiliepeitä - tasaisesti vuorotellen kuvio vaaleiden ja tummien alueiden. Tämä ilmiö on käytetty, esimerkiksi kaikki optiset interferometrit.

päällekkäisyys

Ominaispiirre superpositio aaltoja, joka kuvaa käyttäytymistä päällekkäin aaltoja. Sen periaate on se, että kun tilaa on päällekkäin kaksi aaltoa, tuloksena häiriö on yhtä kuin algebrallinen summa yksittäisten häiriöitä. Joskus yleensä häiriöitä tätä sääntöä rikotaan. Tämä yksinkertainen toiminta johtaa monia vaikutuksia, joita kutsutaan interferenssi-ilmiöt.

Ilmiö häiriö on ominaista kahden ääripään välillä. Kaksi aallot rakentavasti maksimia samat, ja ne ovat samassa vaiheessa toistensa kanssa. Tulos päällekkäisyys on vahvistaa häiriön. Amplitudi tuloksena sekoitettu aalto on yhtä suuri kuin summa yksittäisten amplitudit. Kääntäen, destruktiivinen interferenssi on enintään yksi aalto on sama kuin vähintään toinen - ne ovat vastakkain. Amplitudi yhdistetyn aallon on yhtä suuri kuin erotus amplitudien osat. Tapauksessa, jossa ne ovat samat, se on valmis destruktiivinen interferenssi, ja häiriö koko väliaine on nolla.

Youngin kokeilu

Interferenssikuvio kahdesta lähteestä käy selvästi ilmi, läsnä ollessa päällekkäisiä aaltoja. Thomas Young ehdotti, että valo - aallon, joka tottelee periaate päällekkäisyys. Hänen kuuluisa saavutus oli kokeellinen osoitus rakentavasta ja tuhoisa häiriöitä valon vuonna 1801 moderni versio Youngin kokeilu luonnossa poikkeaa vain siinä, että se käyttää koherentin valonlähteitä. Laser tasaisesti valaisee kaksi rinnakkaista rakoa läpinäkymätön pinta. Valo kulkee niiden kautta, on kauko-näyttö. Kun välinen leveys rakojen on merkittävästi suurempi kuin aallonpituus, sääntöjen geometrinen optiikka joka havaitaan - näkyy ruudussa kaksi valaistu alueilla. Kuitenkin, lähestymistapa rakoja taittuneen valon ja aallot ruudulla on päällekkäin. Diffraktio on sinänsä on seuraus aallon luonne valoa, ja vielä toinen esimerkki tämän vaikutuksen.

Interferenssikuvion

Periaate päällekkäisyys määrää tuloksena intensiteetin jakautuminen valaistu näytön. Interferenssikuvion tapahtuu, kun polku ero raon näyttö on yhtä suuri kuin koko määrän aallonpituuksia (0, λ, 2λ, ...). Tämä ero takaa huippuihin tulevat samaan aikaan. Destruktiivinen interferenssi tapahtuu, kun polku ero yhtä suuri kuin kokonaisluku aallonpituuksien korvata puoli (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung käytti geometrinen perusteluja osoittamaan, että päällekkäisyys johtaa useita tasaisin välein bändejä tai korkean intensiteetin alueita, jotka vastaavat alueita rakenteellisen interferenssin, erotettiin tummat alueet täysin tuhoisa.

Reikäväli

Tärkeä parametri geometria, jossa on kaksi rakoa on suhde valon aallonpituus λ ja etäisyys reikien d. Jos λ / d on paljon pienempi kuin 1, etäisyys nauhojen välissä on pieni ja päällekkäisiä vaikutuksia ei ole havaittu. Käyttämällä lähekkäin rakoja, Jung pystyi erottamaan valon ja tummien alueiden. Siten, hän määritti näkyvän valon aallonpituuksia värejä. Niiden erittäin pieni arvo selittää tällaisia vaikutuksia havaitaan vain tietyin edellytyksin. Jakaa alueet rakentavan ja destruktiivinen interferenssi, välinen etäisyys valonlähteen aaltojen täytyy olla hyvin pieni.

aallonpituus

Havainnointi häiriöiden vaikutuksia on haastava kahdesta muusta syystä. Useimmat valonlähteet antaa jatkuvan aallonpituuden spektrin seurauksena muodostuu useita häiriöitä kuvioita päällekkäin, joilla kullakin on väli raidat. Tämä eliminoi selvin vaikutuksia, kuten alueiden täydellisessä pimeydessä.

yhtenäisyys

Että häiriöitä oli havaittavissa pitkän ajan kuluessa, se on välttämätöntä käyttää koherentin valonlähteitä. Tämä tarkoittaa, että säteilylähteet on oltava jatkuvassa vaihesuhde. Esimerkiksi, kaksi harmonista samalla taajuudella on aina kiinteä vaihesuhde jokainen piste avaruudessa - joko vaiheessa tai vastavaiheessa, tai joissakin välitilassa. Kuitenkin suurin osa valolähteiden lähettää todellinen harmoninen aalto. Sen sijaan, ne säteilevät valoa, jossa satunnainen faasimuutos tapahtuu miljoonia kertoja sekunnissa. Sellaista säteilyä kutsutaan epäyhtenäistä.

Ihanteellinen lähde - laser

Häiriö on edelleen havaittu, kun päällekkäin aaltojen tilaan kahden epäyhtenäisiä lähteistä, mutta interferenssikuvioita vaihdella satunnaisesti, yhdessä satunnaisesti vaihesiirretyn. Valoanturit, kuten silmät, ei voi rekisteröidä nopeasti muuttuvassa kuva, ja vain keskimääräinen intensiteetti ajan. Lasersäde on lähes monokromaattista (m. E. koostuu yhden aallonpituuden) ja korkeasti. Se on ihanteellinen valonlähde tarkkailuun häiriöiden vaikutuksia.

Frekvenssin määritys

Jälkeen Jung 1802 Toimenpiteen näkyvän valon aallonpituuksia voidaan korreloida riittävän tarkka valon nopeudella tuolloin käytettävissä laskemaan likimääräinen. Esimerkiksi, vihreä valo on yhtä suuri kuin noin 6 x päivänä lokakuuta ^14Hz. Tämä on monta suuruusluokkaa suurempi kuin taajuus on tärinälle. Vertailun vuoksi henkilö voi kuulla äänen taajuuksilla jopa 2 x ¹⁰ päivänä huhtikuuta Hz. Mitä tarkalleen vaihtelee nopeudella oli edelleen mysteeri seuraavien 60 vuoden aikana.

Häiriöitä ohutkalvojen

Havaitut vaikutukset eivät rajoitu kaksinkertaisen raon geometriaa käytetään Thomas Young. Kun on pohdintaa ja taittumisen säteiden kaksi pintaa, joiden välimatka verrattavissa aallonpituus, häiriö ilmenee ohutkalvojen. Rooli välissä oleva kalvo pinnat voivat olla tyhjiö, ilma, neste tai mikä tahansa läpinäkyvä kiinteä kappale. Näkyvän valon interferenssin vaikutukset rajoittavat koot muutaman mikrometrin. Tunnettu esimerkki kaikkien elokuva on kupla. Heijastunutta valoa, on päällekkäin kaksi aaltojen - yksi näkyy edestä pinnasta, ja toinen - selässä. Ne limittyvät avaruudessa ja summataan toisiinsa. Paksuudesta riippuen saippuan kalvon, kaksi aaltoa voivat olla vuorovaikutuksessa rakentavasti tai tuhoavasti. Täydellinen laskeminen interferenssikuvion ilmaisee, että valo, jonka aallonpituus λ konstruktiivinen interferenssi havaitaan kalvon paksuus λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, jne., Ja tuhoava - .. kuin A / 2, λ, 3λ / 2, ...

Laskentakaavat

häirintäilmiötä oli monia käyttötarkoituksia, joten on tärkeää ymmärtää Perusyhtälö niihin liittyviä. Seuraavat yhtälöt voidaan laskea eri arvot, jotka liittyvät häiriöt, sen kaksi yleisintä tapauksissa.

Sijainti valo nauhojen Youngin kokeessa .. eli alueita, joilla rakenteellisen interferenssin voidaan laskea seuraavasta kaavasta: y _{on kevyt.} = (ΛL / d) m, jossa λ - aallonpituus; m = 1, 2, 3, ...; d - etäisyys rakojen; L - etäisyys kohdistaa.

.. Sijainti tummia raitoja, eli alueet tuhoisaa vuorovaikutuksen saadaan: y _{on tumma.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Muiden lajien häiriöitä - ohutkalvoille - läsnä rakentava tai tuhoava päällekkäin määrittää vaihesiirto heijastuneiden aaltojen, joka riippuu kalvon paksuudesta ja taitekerroin se. Ensimmäinen yhtälö kuvaa tapauksessa jos tällaista siirtymistä, ja toinen - siirtymä puoli aallonpituus:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Täällä λ - aallonpituus; m = 1, 2, 3, ...; t - polku kulki kalvon; n - taitekerroin.

Havainnointi luonnossa

Kun aurinko paistaa kupla, näet kirkas värillinen raidat, koska eri aallonpituudet kohdistetaan destruktiivinen interferenssi ja poistetaan heijastus. Jäljellä heijastunut valo näkyy täydentävä värinpoistossa. Esimerkiksi, jos tuloksena destruktiivinen interferenssi on poissa punainen komponentti, heijastus on sininen. Ohut öljykalvo veden tuottaa samanlainen vaikutus. Luonnossa höyhenet joidenkin lintujen, kuten riikinkukot ja hummingbirds, ja kuoret joidenkin kovakuoriaisia kirkkaampia, kun vaihdat väriä, kun muutat katselukulmaa. optinen fysiikka tässä häiriö valonsäteet heijastuvat ohut kerrosrakenteita tai taulukoita heijastava sauvoja. Samoin helmet ja kuori ovat iiris, koska päällekkäisyys heijastukset useita kerroksia helmi. Jalokivet, kuten Opal, osoittavat kaunis interferenssikuvioita aiheuttama sironta valon säännöllisesti muodostuneet mikroskooppiset pallomaisia hiukkasia.

hakemus

On monia teknologisia sovelluksia valon interferenssi-ilmiöt jokapäiväisessä elämässä. Ne perustuvat fysiikan kameran optiikkaa. Normaali linssit heijastuksenestopinnoitteen on ohut kalvo. Sen paksuus ja taittumisen säteiden valitaan siten tuottamaan destruktiivinen interferenssi heijastuneen näkyvän valon. Erikoistuneita pinnoitteet, joka koostuu useista kerroksista ohutkalvojen tarkoitettu kulkee vain säteilyä kapealla aallonpituusalueella, ja näin ollen käytetään suodattimia. Monikerroksisia päällysteitä käytetään myös lisäämään heijastavuus peilien tähtitieteellisiä kaukoputket, kuten myös optiset laser resonaattorit. Interferometria - tarkka mittausmenetelmät rekisteröintiin pieniä muutoksia suhteellinen etäisyys - on perustuu havaintoon, että siirtymät valon ja tummia raitoja tuottama heijastunut valo. Esimerkiksi, mittaus, kuinka interferenssikuvio muuttuu, sallii asettaa kaarevuuden pintojen optisten komponenttien optisessa aallonpituus lohkoa.