Corak gangguan. Syarat-syarat maksimum dan minimum

corak gangguan - ia adalah jalur cahaya atau gelap yang disebabkan oleh sinar yang berada di dalam fasa atau yang bercanggah dengan satu sama lain. gelombang cahaya dan sebagainya ditambah apabila digunakan, jika fasa mereka bertepatan (ke arah meningkatkan atau mengurangkan), atau mereka membatalkan satu sama lain jika mereka berada dalam antiphase. Fenomena ini dipanggil gangguan membina dan membinasakan, masing-masing. Jika rasuk cahaya monokromatik, semua gelombang yang mempunyai panjang yang sama, melalui dua belahan sempit (eksperimen telah mula dilaksanakan pada tahun 1801 oleh Thomas Young, ahli sains Inggeris, yang, terima kasih kepadanya datang ke kesimpulan bahawa sifat gelombang cahaya), dua rasuk yang dihasilkan boleh ditujukan pada skrin rata yang bukannya dua tempat bertindih terbentuk pinggir gangguan - seragam seli corak kawasan terang dan gelap. Fenomena ini digunakan, sebagai contoh, dalam semua interferometers optik.

tindihan

Ciri penentu dalam tindihan gelombang yang menerangkan tingkah laku gelombang menindih. prinsip terletak pada hakikat bahawa apabila dalam ruang yang menindih dua gelombang, gangguan yang terhasil adalah sama dengan jumlah algebra gangguan individu. Kadang-kadang pada pengusikan besar peraturan ini dilanggar. Tingkah laku yang mudah membawa kepada beberapa kesan yang dipanggil fenomena gangguan.

Fenomena gangguan dicirikan oleh dua keterlaluan. Kedua-dua gelombang membina maxima bertepatan, dan mereka berada dalam fasa satu sama lain. Hasil tindihan adalah pengukuhan gangguan. Amplitud gelombang campuran yang terhasil adalah sama dengan jumlah amplitud individu. Sebaliknya, gangguan yang merosakkan dalam maksimum satu gelombang bertepatan dengan minimum kedua - mereka berada dalam pembangkang. Amplitud gelombang digabungkan adalah bersamaan dengan perbezaan di antara amplitud bahagian-bahagian komponen. Dalam kes di mana mereka adalah sama, ia adalah gangguan yang merosakkan lengkap, dan usikan daripada jumlah sederhana adalah sifar.

eksperimen muda

Corak gangguan daripada dua sumber dengan jelas menunjukkan kehadiran ombak bertindih. Thomas Young mencadangkan bahawa cahaya - gelombang yang taat kepada prinsip tindihan. pencapaian beliau yang terkenal adalah demonstrasi eksperimen yang membina dan membinasakan gangguan cahaya pada tahun 1801. Versi moden eksperimen Young dalam alam semula jadi hanya berbeza kerana ia menggunakan sumber cahaya yang masuk akal. Laser seragam menerangi dua belahan selari di permukaan legap. lulus cahaya melalui mereka, terdapat satu skrin jauh. Apabila lebar di antara belahan adalah lebih besar daripada panjang gelombang, kaedah-kaedah optik geometri diperhatikan - dilihat pada skrin dua kawasan diterangi. Walau bagaimanapun, pendekatan belahan dibelaukan cahaya dan gelombang pada skrin adalah menindih satu sama lain. Pembelauan itu sendiri akibat daripada sifat gelombang cahaya, dan satu lagi contoh kesan ini.

Corak gangguan

Prinsip superposisi menentukan taburan keamatan yang terhasil pada skrin diterangi. Corak gangguan berlaku apabila perbezaan jalan dari celah ke skrin adalah sama dengan nombor bulat panjang gelombang (0, λ, 2λ, ...). Perbezaan ini memastikan paras tertinggi datang pada masa yang sama. gangguan yang merosakkan berlaku apabila perbezaan jalan yang sama dengan nombor integer panjang gelombang diimbangi oleh setengah (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung digunakan hujah geometri untuk menunjukkan bahawa tindihan membawa kepada satu siri band sama jarak atau kawasan intensiti tinggi sepadan dengan kawasan gangguan membina, dipisahkan oleh kawasan gelap penuh merosakkan.

jarak lubang

Parameter geometri penting dengan dua belahan adalah nisbah daripada λ panjang gelombang cahaya dan jarak antara lubang d. Jika λ / d adalah lebih kurang daripada 1, jarak antara band akan menjadi kecil dan kesan bertindih tidak dipatuhi. Menggunakan belahan rapat, Jung dapat membahagikan kawasan terang dan gelap. Oleh itu, beliau telah dipilih panjang gelombang warna cahaya yang boleh dilihat. nilai sangat kecil menjelaskan mengapa kesan-kesan ini dilihat hanya dalam keadaan tertentu. Untuk membahagikan bidang gangguan membina dan membinasakan, jarak di antara sumber gelombang cahaya mesti sangat kecil.

panjang gelombang

Pemerhatian kesan gangguan mencabar kerana dua sebab lain. Kebanyakan sumber cahaya memancarkan spektrum gelombang berterusan, menyebabkan pembentukan pelbagai corak gangguan menindih satu sama lain, masing-masing dengan selang antara jalur. Ini menghapuskan kesan paling ketara, seperti kawasan gelap.

pertalian

gangguan yang boleh dilihat dalam tempoh masa yang panjang, ia adalah perlu untuk menggunakan sumber cahaya yang masuk akal. Ini bermakna bahawa sumber radiasi mesti mengekalkan hubungan fasa yang tetap. Sebagai contoh, dua gelombang harmonik frekuensi yang sama sentiasa mempunyai hubungan fasa yang tetap untuk setiap titik dalam ruang - sama ada dalam fasa atau dalam fasa pembangkang, atau dalam satu keadaan pertengahan. Walau bagaimanapun, sebahagian besar daripada sumber cahaya memancarkan gelombang harmonik yang benar. Sebaliknya, mereka memancarkan cahaya, di mana fasa perubahan rawak berlaku berjuta-juta kali sesaat. radiasi seperti dipanggil tidak keruan.

sumber Ideal - laser

Gangguan masih diperhatikan apabila menindih ombak dalam ruang dua sumber tidak keruan, tetapi corak gangguan berbeza-beza secara rawak, bersama-sama dengan anjakan fasa rawak. sensor cahaya, termasuk mata, tidak boleh mendaftar imej yang pesat berubah, dan hanya keamatan purata masa. Laser rasuk hampir monokromatik (m. E. Terdiri daripada panjang gelombang tunggal) dan highly- a. Ia adalah sumber cahaya sesuai untuk memerhatikan kesan gangguan.

Penentuan frekuensi

Selepas Jung 1802 panjang gelombang ukuran cahaya yang boleh dilihat boleh dikaitkan dengan kelajuan tidak cukup tepat cahaya yang ada pada masa itu untuk mengira kekerapan anggaran yang. Sebagai contoh, lampu hijau adalah sama dengan kira-kira 6 × ¹⁴ Okt Hz. Ini adalah banyak perintah magnitud lebih besar daripada kekerapan getaran mekanikal. Sebagai perbandingan, seseorang boleh mendengar bunyi dengan frekuensi sehingga 2 × 10 ⁴ Hz. Apa sebenarnya berbeza pada kadar yang tetap menjadi misteri bagi tempoh 60 tahun akan datang.

Campur tangan dalam filem nipis

Kesan diperhatikan tidak terhad kepada geometri celah double digunakan oleh Thomas Young. Apabila terdapat pantulan dan pembiasan sinar dari dua permukaan dipisahkan oleh jarak yang setanding dengan panjang gelombang, gangguan berlaku dalam filem nipis. Peranan filem antara permukaan boleh memainkan vakum, udara, cecair atau mana-mana badan pepejal telus. Dalam cahaya yang boleh dilihat kesan gangguan dihadkan oleh saiz yang mikrometer beberapa. Satu contoh yang terkenal daripada semua filem itu adalah gelembung. Cahaya yang dipantulkan dari itu, ialah tindihan dua gelombang - salah dilihat dari permukaan depan dan kedua - di belakang. Mereka bertindih dalam ruang dan berkata satu sama lain. Bergantung kepada ketebalan filem sabun, dua gelombang boleh berinteraksi secara membina atau destruktif. Satu pengiraan lengkap corak gangguan menunjukkan bahawa untuk cahaya dengan panjang gelombang λ gangguan membina diperhatikan untuk ketebalan filem λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, dan lain-lain, dan merosakkan - .. Untuk λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formula untuk mengira

fenomena gangguan adalah banyak kegunaan, jadi ia adalah penting untuk memahami persamaan asas yang berkaitan dengannya. Persamaan berikut membolehkan pengiraan pelbagai nilai yang dikaitkan dengan gangguan, untuk dua kes yang paling biasa.

jalur lokasi cahaya dalam eksperimen Young, .. laman Ie dengan gangguan yang membina boleh dikira dengan menggunakan ungkapan: y _{adalah cahaya.} = (ΛL / d) m, di mana λ - panjang gelombang; m = 1, 2, 3, ...; d - jarak antara belahan; L - jarak sasarkan.

.. Lokasi band gelap, iaitu bidang interaksi merosakkan diberikan oleh: y _gelap. = (ΛL / d) (m + 1/2).

Gangguan spesies lain - dalam filem nipis - kehadiran tindihan yang membina atau merosakkan menentukan anjakan fasa gelombang yang terpantul, yang bergantung kepada ketebalan filem dan indeks biasan ia. Persamaan pertama menerangkan kes ketiadaan apa-apa peralihan, dan kedua - satu anjakan separuh panjang gelombang:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Di sini, λ - panjang gelombang; m = 1, 2, 3, ...; t - jalan dilalui dalam filem itu; n - indeks pembiasan.

Pemerhatian dalam alam semula jadi

Apabila matahari bersinar pada gelembung, anda boleh melihat jalur berwarna terang, kerana panjang gelombang yang berbeza adalah tertakluk kepada gangguan yang merosakkan dan dikeluarkan daripada pantulan. cahaya mencerminkan baki muncul sebagai penyingkiran warna pelengkap. Sebagai contoh, jika akibat daripada gangguan yang merosakkan adalah komponen merah tidak hadir, pantulan akan menjadi biru. Filem nipis minyak di atas air menghasilkan kesan yang sama. Secara semula jadi, bulu beberapa burung, termasuk merak dan hummingbirds, dan cengkerang beberapa kumbang muncul lebih cerah, semasa menukar warna apabila anda menukar sudut tontonan. fizik optik di sini adalah gangguan gelombang cahaya yang dipantulkan daripada struktur berlapis nipis atau tatasusunan mencerminkan rod. Begitu juga mutiara dan shell adalah iris, disebabkan tindihan pantulan dari pelbagai lapisan mutiara. batu-batu berharga seperti opal, pameran corak gangguan yang indah disebabkan oleh serakan cahaya dari struktur tetap yang dibentuk oleh zarah sfera mikroskopik.

permohonan

Terdapat banyak aplikasi teknologi fenomena gangguan cahaya dalam kehidupan seharian. Mereka adalah berdasarkan optik kamera fizik. Normal salutan kanta antireflection adalah sebuah filem nipis. ketebalan dan pembiasan sinar begitu memilih untuk menghasilkan gangguan yang merosakkan cahaya yang boleh dilihat mencerminkan. lapisan yang lebih khusus yang terdiri daripada pelbagai lapisan filem nipis bertujuan untuk lulus sahaja radiasi dalam julat panjang gelombang yang sempit dan oleh itu digunakan sebagai penapis. salutan multilayer juga digunakan untuk meningkatkan pemantulan cermin teleskop astronomi, serta resonator laser optik. Interferometri - kaedah pengukuran yang tepat yang digunakan bagi mencatatkan perubahan kecil dalam jarak relatif - adalah berdasarkan kepada pemerhatian perubahan cahaya dan band gelap dihasilkan oleh cahaya yang terpantul. Sebagai contoh, ukuran bagaimana corak gangguan berubah, membolehkan untuk menetapkan kelengkungan permukaan komponen optik dalam cuping panjang gelombang optik.