Traucējumu modeļus. Noteikumi par maksimālo un minimālo

Traucējumu modeļi - tas ir gaismas vai tumši svītras, ko izraisa staru, kura atrodas fāzē vai no posma ar otru. Gaismas viļņi un tamlīdzīgi, tiek atjaunots kad piemērots, ja to posmi sakrīt (virzienā palielinot vai samazinot), vai tās viena otru, ja tie ir pretfāzē. Šīs parādības sauc konstruktīva un destruktīva traucējumu, attiecīgi. Ja monohromatisks gaismas staru, visi viļņi, kas ir vienāda garuma, iet cauri divām šaurām spraugām (eksperiments pirmo reizi tika veikts 1801. Thomas Young, angļu zinātnieks, kurš, pateicoties viņa nonāca pie secinājuma, ka vilnis raksturs gaismas), divi rezultātā stara virzienu var uz līdzenas ekrāna, kas tā vietā, lai abiem pārklājas plankumi veidojas interferences bārkstis - vienmērīgi mainīgu modelis gaismas un tumšās vietās. Šī parādība tiek izmantota, piemēram, visos optisko interferometri.

superpozīcijas

Noteicoša raksturīgs pārklāšanās viļņiem, kas apraksta uzvedību uzklāti viļņiem. Tās princips ir fakts, ka tad, kad telpā ar uztītu divās kārtās, kā rezultātā traucējumi ir vienāda ar matemātiski saskaitot atsevišķo traucējumiem. Dažreiz pie lieliem perturbācijas šis noteikums tiek pārkāpts. Šī vienkāršā rīcība noved pie vairākām sekām, ko sauc interferences parādības.

Par iejaukšanās parādība ir raksturīga ar divām galējībām. Abas viļņi konstruktīvi maksimumi sakrīt, un tie ir sinhroni ar otru. No pārklāšanās rezultāts ir stiprināšana traucējumiem. Iegūtā jaukta viļņa amplitūda ir vienāds ar summu no individuālo amplitūdas. Savukārt, destruktīva iejaukšanās ne vienu viļņa sakrīt ar minimālo otrā - tie ir opozīcijā. Kombinētā viļņa amplitūda ir vienāda ar starpību starp amplitūdas tā sastāvdaļu. Gadījumā, ja tie ir vienādi, tas ir pilnīgi destruktīva iejaukšanās, un perturbācija kopējā vidē ir nulle.

Junga eksperiments

Interferences aina no diviem avotiem skaidri norāda klātbūtni pārklājas viļņiem. Thomas Young norādīja, ka gaisma - vilni, kas pakļaujas uz superpozīcijas princips. Viņa slavenā sasniegums bija eksperimentāls demonstrācija konstruktīvo un destruktīvo iejaukšanās gaismas 1801. Moderna versija Junga eksperimentā dabā atšķiras tikai ar to, ka tā izmanto koherentu gaismas avotu. Lāzera vienmērīgi izgaismo divas paralēlas šķēlumi necaurspīdīgās virsmas. Gaismu, kas iet caur tiem, ir tālvadības ekrānu. Kad platums starp spraugām ir ievērojami lielāks nekā viļņa, noteikumi ģeometriskā optika Konsta - redzams uz ekrāna divus gaismas reģioniem. Tomēr pieeja no spraugām lauzts gaismas un viļņi uz ekrāna uzklājas uz otru. Difrakcijas ir pati sekas viļņu raksturu gaismas, un vēl viens piemērs šajā sakarā.

Interferences aina

Par superpozīcijas princips nosaka rezultātā intensitātes sadalījumu uz apgaismotā ekrāna. Interferences aina notiek tad, kad ceļš atšķirība no spraugas uz ekrāna ir vienāds ar visu skaitu viļņu garumu (0, koeficientu l, 2λ, ...). Šī atšķirība nodrošina, ka kāpumi nāk, tajā pašā laikā. Kaitīgas traucējumi rodas, ja ceļš starpība ir vienāda ar veselam skaitlim viļņu garumu kompensēts ar pusi (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung izmanto ģeometriskas argumentus, lai pierādītu, ka superpozīcijas izraisa virkni vienādā attālumā joslu vai augstas intensitātes zonās, kas atbilst reģionu konstruktīvu iejaukšanos, kas atdalīti ar tumšo apgabalu pilnu destruktīva.

Hole spacing

Būtisks parametrs ģeometrija ar divām spraugām ir attiecība starp gaismas viļņa garuma koeficientu l un attālums starp caurumiem d. Ja λ / d, ir daudz mazāk nekā 1, attālums starp joslām, būs neliels, un nav novērota ietekme pārklājas. Izmantojot cieši izvietotas šķēlumi, Jung varēja sadalīt gaismu un tumšās vietās. Tādējādi, viņš noteica viļņa garumu redzamās gaismas krāsu. To ir ļoti maza vērtība izskaidro, kāpēc šie efekti ir vērojami tikai noteiktos apstākļos. Sadalīt jomas konstruktīvi un destruktīvas iejaukšanās, attālums starp avotu gaismas viļņiem jābūt ļoti maza.

viļņa garums

Novērošana iejaukšanās sekas ir grūti divu citu iemeslu dēļ. Lielākā daļa gaismas avoti izstaro nepārtrauktu viļņa garuma spektru, kā rezultātā veidojas vairāku iejaukšanās modeļu viena virs otras, katra ar intervālu starp svītrām. Tas novērš visvairāk ietekmi, piemēram, apgabalos pilnīgā tumsā.

sakarības

Šī iejaukšanās varēja novērot ilgā laika periodā, tas ir nepieciešams, lai izmantotu saskanīgus gaismas avotus. Tas nozīmē, ka starojuma avoti jāuztur pastāvīga fāzes attiecības. Piemēram, divi harmoniskie viļņi no vienas frekvences, vienmēr ir fiksēts fāzes attiecības ar katru punktu telpā - nu fāzē vai fāzes opozīciju, vai kādā starpposma stāvoklī. Tomēr lielākā daļa no gaismas avotiem izdala patieso harmoniku vilni. Tā vietā, viņi izstaro gaismu, kurā nejauši fāzes maiņa notiek miljoniem reižu sekundē. Šāds starojums sauc nesakarīgs.

Ideāls avots - lāzera

Iejaukšanās joprojām ir novērots, kad virsū viļņus telpā divu nesakarīga avotiem, bet iejaukšanās modeļus nejauši mainās kopā ar izlases fāzes nobīdes. Gaismas sensori, tostarp acīs, nevar reģistrēt strauji mainās tēlu, un tikai vidējā intensitāte laika. Lāzera stars ir gandrīz vienkrāsas (m. E. sastāv no viena viļņa garumu) un augsti-. Tas ir ideāls gaismas avots novērojot interferences ietekmi.

Noteikšana frekvences

Pēc Junga 1802. Pasākuma viļņu garumiem redzamās gaismas var korelēt ar nepietiekami precīzu gaismas ātruma pieejamā laikā, lai aprēķinātu savu aptuveno biežumu. Piemēram, zaļā gaisma ir vienāds ar apmēram 6 × 10 ¹⁴ Hz. Tas ir daudz kārtām lielāks nekā frekvences mehānisku vibrāciju. Salīdzinājumam, cilvēks var dzirdēt skaņu ar frekvenci līdz 2 × ¹⁰ Hz aprīlim. Kas tieši atšķiras ar ātrumu, joprojām palika noslēpums nākamajiem 60 gadiem.

Iejaukšanās plānās kārtiņās

Novērotās ietekme neaprobežojas ar dubultā spraugas ģeometriju Thomas Young izmanto. Ja ir pārdomu un refrakcijas staru no divām virsmām atdalītas ar attālumu salīdzināms ar viļņa garumu, iejaukšanās notiek plānās kārtiņās. No filmas loma starp virsmām var būt vakuuma, gaisa, šķidrs vai jebkuru caurspīdīgu ciets ķermenis. Jo redzamās gaismas iejaukšanās sekas ir ierobežotas ar izmēriem dažiem mikrometriem. Zināma piemērs visa filma ir burbulis. Gaisma atstarojas no tā, ir pārklāšanās divās kārtās - viena ir atspoguļots no priekšējās virsmas, un otrais - uz muguras. Tie pārklājas telpā un pievienots viens otru. Atkarībā no biezuma ziepju filmas, divi viļņi var mijiedarboties konstruktīvi un destructively. Pilnīgs aprēķins traucējumu modelis liecina, ka gaismu ar viļņa garumu λ konstruktīvs iejaukšanās tiek novērota uz slāņa biezumam koeficientu l / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, utt, un destruktīva - .. Lai koeficientu l / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formulas, lai aprēķinātu

iejaukšanās fenomens bija daudzi izmanto, tāpēc ir svarīgi, lai saprastu pamata vienādojumu saistītu jautājumu. Šie vienādojumi ļauj aprēķināt dažādu vērtības, kas saistītas ar traucējumiem, tās divas visbiežāk gadījumu.

Atrašanās vieta gaismas strēmeles Junga eksperimentā .. Ti vietnes ar konstruktīvu iejaukšanās var aprēķināt, izmantojot šādu formulu: y _{ir gaisma.} = (ΛL / d) m, kur λ - viļņa garuma; m = 1, 2, 3, ...; d - attālums starp spraugām; L - attālums līdz mērķa.

.. Atrašanās vieta tumšas joslas, ti, platības destruktīvas mijiedarbības aprēķina šādi: y _{ir tumšs.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Par citu sugu iejaukšanās - plānās kārtiņās - klātbūtni konstruktīvu vai destruktīvas superpozīcijas nosaka fāzes nobīdes no atstaroto viļņu, kas ir atkarīgs no plēves biezuma un refrakcijas indeksa tā. Pirmais vienādojums apraksta gadījumu, ja šāda pāreja, un otrais - pārbīdi pusi viļņa:

2nt = mλ;

2nt = (m + 1/2) λ.

Lūk, λ - viļņa garuma; m = 1, 2, 3, ...; t - ceļš pārvieto uz plēves; n - indekss refrakcijas.

Novērojumu dabā

Kad saule spīd uz burbulis, jūs varat redzēt spilgtas krāsas svītras, jo dažādi viļņu garumi ir pakļautas destruktīvas iejaukšanās un izņemt no pārdomām. Atlikušo atstaroto gaismu parādās kā papildu krāsu noņemšanas. Piemēram, ja kā rezultātā destruktīvas iejaukšanās ir klāt sarkans elements, pārdomas būs zilā krāsā. Plānas filma eļļas uz ūdens rada līdzīgu efektu. Dabā spalvas dažu putnu, tai skaitā pāvi un kolibri, un korpusiem dažu vaboles gaišāki, bet mainot krāsu, mainot skatīšanās leņķi. optiskā fizika šeit ir iejaukšanās gaismas viļņiem atspoguļoti no plānas slāņveida struktūru vai masīvu atspoguļojot stieņus. Tāpat pērles un apvalks ir varavīksnene, sakarā ar superpozīcija pārdomas no vairākiem slāņiem pērle. Dārgakmeņi, piemēram, opāls, piemīt skaistas iejaukšanās modeļus, kaisot gaismu no regulārās struktūrās ar mikroskopu sfērisku daļiņu veido.

iesniegums

Ir daudzi tehnoloģiskie pieteikumi gaismas interferences parādības ikdienas dzīvē. Tās pamatā ir fizika kameru optiku. lēcas pretatstarošanas pārklājums Normal ir plānas plēves. Tās biezums un refrakcijas stariem ir tik izvēlēti, lai ražotu postošo iejaukšanos atstarotās redzamās gaismas. Vairāk specializētās pārklājumi, kas sastāv no vairākiem slāņiem plānās kārtiņās paredzēts iet tikai starojumu šaurā viļņu garuma diapazonā, un līdz ar to tiek izmantoti kā filtriem. Daudzslāņu pārklājumi tiek izmantoti arī, lai palielinātu atstarošanas no spoguļiem astronomisko teleskopus, kā arī optiskās lāzera rezonatoriem. Interferometrijas - precīzi mērīšanas metodes, kas izmantotas nelielas izmaiņas relatīvo attālumu reģistrējot - balstās uz novērojumiem par maiņās gaismas un tumšas joslas, ko atstarotās gaismas. Piemēram, par to, cik interferences aina mainās, ļauj noteikt izliekuma virsmu optisko komponentu optisko viļņu garumu daivu.