Inmenging patrone. Terme van die maksimum en minimum

Inmenging patrone - dit is lig of donker strepe wat veroorsaak word deur die strale van wat in fase is of uit fase met mekaar. Liggolwe en dies meer is bygevoeg wanneer dit toegepas word, indien hul fases saamval (in die rigting van die verhoging of verlaging), of hulle mekaar kanselleer indien hulle in antiphase. Hierdie verskynsel staan bekend as konstruktiewe en destruktiewe interferensie, onderskeidelik. As monochromatiese ligstraal, al die golwe wat dieselfde lengte het, gaan deur twee nou splete (die eksperiment is vir die eerste in 1801 onder leiding van Thomas Young, Engelse wetenskaplike, wat, te danke aan hom tot die gevolgtrekking gekom dat die golfgeaardheid van lig), twee van die gevolglike balk kan gerig word op 'n plat skerm wat in plaas van die twee oorvleuelende kolle is gevorm interferensiestrepe - eenvormig afwisselende patroon van lig en donker gebiede. Hierdie verskynsel word gebruik, byvoorbeeld, in alle optiese interferometers.

superposisie

Die kenmerk van 'n superposisie van golwe wat die gedrag van bo-golwe beskryf. Sy beginsel lê in die feit dat wanneer in die ruimte van 'n bo-twee golwe, die gevolglike versteuring is gelyk aan die algebraïese som van die individuele versteurings. Soms by groot versteurings hierdie reël is geskend. Hierdie eenvoudige gedrag lei tot 'n aantal effekte dat interferensieverskynsels geroep.

Die verskynsel van inmenging word gekenmerk deur twee uiterstes. Die twee golwe konstruktief maksima saamval, en hulle is in fase met mekaar. Die gevolg van die superposisie is die versterking van die versteuring. Die amplitude van die gevolglike gemengde golf is gelyk aan die som van die individuele amplitudes. Aan die ander kant, destruktiewe interferensie in 'n maksimum van een golf val saam met die minimum tweede - hulle is in opposisie. Die amplitude van die gekombineerde golf is gelyk aan die verskil tussen die amplitudes van sy samestellende dele. In die geval waar hulle gelyk is, dit is volledige destruktiewe interferensie, en storing van die totale medium is nul.

Young se eksperiment

Die interferensiepatroon van die twee bronne dui duidelik die teenwoordigheid van die oorvleueling golwe. Thomas Young voorgestel dat lig - 'n golf wat die beginsel van superposisie gehoorsaam. Sy beroemde prestasie was die eksperimentele demonstrasie van die konstruktiewe en destruktiewe interferensie van lig in 1801 Die moderne weergawe van Young se eksperiment in die natuur verskil net in dat dit gebruik samehangende ligbronne. Laser verlig eenvormig twee parallelle splete in die ondeurskynende oppervlak. Lig wat deur hulle, daar is 'n afgeleë skerm. Wanneer die wydte tussen die splete is aansienlik groter as die golflengte, waargeneem die reëls van geometriese optika - gesien op die skerm twee verligte gebiede. Maar die benadering van splete gediffrakteer lig en die golwe op die skerm is bo-op mekaar. Diffraksie is self 'n gevolg van die golfgeaardheid van lig, en nog 'n voorbeeld van hierdie effek.

Die interferensiepatroon

Die beginsel van superposisie bepaal die gevolglike intensiteit verspreiding op die verligte skerm. Die interferensiepatroon vind plaas wanneer die verskil pad vanaf die spleet na die skerm gelyk aan die volle getal van golflengtes (0, λ, 2λ, ...) is. Dit verskil verseker dat hoogtepunte kom op dieselfde tyd. Destruktiewe interferensie vind plaas wanneer die pad verskil gelykstaande aan 'n heelgetal van golflengtes geneutraliseer deur die helfte (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung gebruik geometriese argumente om aan te toon dat die superposisie lei tot 'n reeks van eweredig gespasieerde bands of hoë intensiteit gebiede wat ooreenstem met die streke van konstruktiewe interferensie, geskei deur donker gebiede volle vernietigende.

gat spasiëring

'N belangrike parameter meetkunde met twee splete is die verhouding van die lig golflengte λ en die afstand tussen gate d. As λ / d is baie minder as 1, sal die afstand tussen die bands klein wees en oorvleuelende effekte is nie waargeneem word. Die gebruik van nou gespasieer splete, Jung was in staat om die lig en donker areas te verdeel. Dus, het hy besluit die golflengtes van sigbare lig kleure. Hulle baie klein waarde verklaar waarom hierdie effekte net onder sekere voorwaardes nagekom word. Om die gebiede van konstruktiewe en destruktiewe interferensie te verdeel, moet die afstand tussen die bron van liggolwe baie klein wees.

golflengte

Waarneming van inmenging effekte is 'n uitdaging vir twee ander redes. Die meeste ligbronne straal 'n deurlopende golflengte spektrum, wat lei tot die vorming van verskeie inmenging patrone bo-op mekaar, elk met 'n tussenpose tussen die strepe. Dit sluit die mees uitgespreek effekte, soos gebiede van 'n volledige duisternis.

eenvormig

Dat inmenging kan waargeneem word oor 'n lang tydperk van die tyd, is dit nodig om koherente lig bronne gebruik. Dit beteken dat die bestraling bronne 'n konstante faseverhouding moet handhaaf. Byvoorbeeld, twee harmoniese golwe van dieselfde frekwensie het altyd 'n vaste faseverhouding aan elke punt in die ruimte - hetsy in fase of in fase opposisie, of in sommige intermediêre toestand. Maar die meeste van die ligbronne straal die ware harmoniese golf. In plaas daarvan, hulle lig uitstraal, waarin ewekansige faseverandering plaasvind miljoene keer per sekonde. Soos bestraling is onsamehangende genoem.

Ideale bron - laser

Inmenging steeds waargeneem word wanneer gesuperponeer golwe in die ruimte van twee onsamehangende bronne, maar inmenging patrone wissel lukraak, saam met 'n ewekansige faseverskuiwing. Lig sensors, insluitend die oë, kan nie registreer 'n vinnig veranderende beeld, en net die gemiddelde intensiteit van die tyd. Die laserstraal is amper monochromaties (m. E. uit 'n enkele golflengte) en 'n hoogs. Dit is 'n ideale ligbron vir die waarneming van inmenging gevolge.

Bepaling van frekwensie

Na Jung 1802 van meet golflengtes van sigbare lig kan gekorreleer met onvoldoende akkurate spoed van lig beskikbaar by die tyd van sy geskatte frekwensie te bereken. Byvoorbeeld, groen lig is gelyk aan ongeveer 6 × ¹⁴ Oktober Hz. Dit is baie ordes groter as die frekwensie van meganiese vibrasies. Ter vergelyking, kan 'n persoon die klank met frekwensies tot 2 × ¹⁰ April Hz hoor. Wat presies wissel teen 'n koers nog steeds 'n raaisel vir die volgende 60 jaar.

Inmenging in dun films

Die waargeneem effekte is nie beperk tot die dubbelspleet meetkunde gebruik deur Thomas Young. Wanneer daar 'n weerkaatsing en breking van die strale van die twee oppervlaktes geskei deur 'n afstand vergelykbaar met die golflengte, interferensie vind plaas in dun films. Die rol van die film tussen die oppervlaktes kan 'n vakuum, lug, vloeistof of enige deursigtige soliede liggaam speel. In sigbare lig inmenging gevolge is beperk deur die grootte van 'n paar mikrometer. A bekende voorbeeld van al die film is 'n borrel. Lig weerkaats van dit, is 'n superposisie van twee golwe - een weerspieël word uit die voorste oppervlak, en die tweede - op die rug. Hulle oorvleuel in ruimte en by mekaar. Afhangende van die dikte van die seep film, mag twee golwe konstruktief of destruktief interaksie. 'N Volledige berekening van die interferensiepatroon dui aan dat lig met 'n golflengte λ konstruktiewe interferensie waargeneem vir 'n film dikte van λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, ens, en vernietigende - .. Om λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formules vir die berekening van

inmenging verskynsel was baie gebruike, so dit is belangrik om die basiese vergelyking daarmee verband hou te verstaan. Die volgende vergelykings stel die berekening van die verskillende waardes wat verband hou met die inmenging, vir sy twee mees algemene gevalle.

Plek lig stroke in Young se eksperiment, .. Dit wil sê webwerwe met konstruktiewe interferensie kan bereken word met behulp van die uitdrukking: y _{is lig.} = (ΛL / d) m, waar λ - golflengte; m = 1, 2, 3, ...; d - die afstand tussen die splete; L - afstand te teiken.

.. ligging donker bande, dit wil sê die gebiede van destruktiewe interaksie word gegee deur: y _{is donker.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Vir ander spesies inmenging - in dun films - die teenwoordigheid van konstruktiewe of destruktiewe superposisie bepaal die faseverskuiwing van die weerkaatste golwe, wat afhanklik is van die film dikte en die brekingsindeks van dit. Die eerste vergelyking beskryf die geval van afwesigheid van so 'n skuif, en die tweede - 'n verskuiwing van die helfte van die golflengte:

2nt = mλ;

2nt = (m + 1/2) λ.

Hier, λ - golflengte; m = 1, 2, 3, ...; t - pad gekruis in die film; N - brekingsindeks.

Waarneming in die natuur

Wanneer die son skyn op die borrel, kan jy die helderkleurige strepe sien, aangesien verskillende golflengtes is onderhewig aan destruktiewe interferensie en verwyder uit die besinning. Die oorblywende weerkaatste lig verskyn as 'n komplementêre kleur verwydering. Byvoorbeeld, as 'n gevolg van destruktiewe interferensie afwesig is rooi komponent, die weerspieëling sal blou wees. Die dun film van olie op die water produseer 'n soortgelyke effek. In die natuur, die vere van 'n paar voëls, insluitende poue en kolibries, en die doppe van 'n paar besies verskyn helderder, terwyl die verandering van kleur wanneer jy die kijkhoek te verander. optiese fisika hier is die interferensie van liggolwe weerkaats van die dun lae strukture of skikkings weerspieël stokke. Net so pêrels en dop is iris, as gevolg van superposisie van refleksies van verskeie lae van pêrel. Edelgesteentes soos opaal, uitstalling pragtige inmenging patrone wat veroorsaak word deur verstrooiing van lig uit 'n gereelde strukture gevorm deur mikroskopiese sferiese deeltjies.

aansoek

Daar is baie tegnologiese toepassings van lig interferensieverskynsels in die alledaagse lewe. Dit is gebaseer fisika kamera optika. Normale lense antireflection laag is 'n dun film. Die dikte en breking van strale word so gekies om destruktiewe interferensie van weerspieël sigbare lig produseer. Meer gespesialiseerde klere wat bestaan uit verskeie lae van dun films wat bedoel is vir die verbygaan net bestraling binne 'n smal golflengte reeks en dus gebruik word as filters. Multilayer coatings word ook gebruik om die reflektiwiteit van die spieëls van astronomiese teleskope, asook optiese laser resonators verhoog. Interferometrie - akkurate meting metodes wat gebruik word vir die registrasie van klein veranderinge in relatiewe afstand - is gebaseer op die waarneming van die skofte van lig en donker bande vervaardig deur die weerkaatste lig. Byvoorbeeld, 'n meting van hoe die interferensiepatroon verander, maak dit moontlik om die kromming van oppervlaktes van optiese komponente wat in 'n optiese golflengte lobbe.