Použití světelných interferencí

Dnes budeme hovořit o hlavních aplikacích zasahování do různých oblastí lidské činnosti. Odkryjeme podstatu tohoto jevu a vysvětlíme jej z pohledu vlnové teorie světla.

Moře, vítr, světlo

Tento nadpis může inspirovat dobrou letní dovolenou nebo dovolenou. Z kombinace slov a rázů slaný vánek, jasné slunce a pocit svobody. Ale kromě přírodních sdružení mají všechny tyto jevy společný rys: jsou oscilacemi nějakého prostředí. Vítr stojí v tomto smyslu sám. Jeho vlny jsou střídmější a hustší oblasti vzduchu. Takové vibrace se nazývají příčně. Samozřejmě, že se řídí oscilačními zákony, ale stále se poněkud liší od jiných typů vln.

Světlo a povrch vody mají více společného. Takové vlny jsou posunutí média nahoru a dolů, jeho hustota se nemění. Dobrým vzorem objektu je v tomto případě sinusový nebo kosinový graf. Pokud si dokážeme představit, že se pohybuje bod podél těchto rytmických změn, bude to velmi podobné elektromagnetické vlně.

Nahoru, dolů, vpřed

Než se o tom mluví lehké rušení a jeho použití v technologii, musíte nejprve řešit elektromagnetické vlny. Oscilace elektromagnetického pole a podstata slunečních paprsků.

Světlo je proud částic nazývaný "foton". Každý foton je jeden nedělitelný energetický paket nebo kvantový. Prochází prostor dopředu, dokud nenarazí na překážku. A jakmile k tomu dojde, může se stát následující:

• záležitost absorbuje foton, přičemž jeho energii (fenomén se nazývá absorpce);
• látka absorbuje foton stejné vlnové délky a vyzařuje mírně modifikovanou (to je fenomén rozptylu světla);
• foton mění směr šíření (buď z důvodu refrakce nebo odrazu).

Uvnitř energetického balíčku nazývaného "foton" dochází k konstantní oscilaci elektromagnetického pole. Navíc každý kvant má své vlastní vlastnosti. Jak se foton pohybuje, jeho vlastnosti zůstávají nezměněny.

Vlastnosti fotonů světla

Elektromagnetické kvantové vlny. Proto mají vlastnosti jako:

• vlnová délka (λ);
• frekvence (ν);
• amplituda (A);
• polarizace (lineární, kruhová, eliptická);
• směr šíření.

Vlnová délka a frekvence je vztažena k relaci λν = c, kde c je rychlost světla v plném vakuu. To znamená, že tato dvě množství jsou navzájem nepřímo úměrná: pokud je známo, pak je druhá velice snadná. Následující tvrzení platí také: čím je frekvence vyšší a kratší je vlnová délka fotonu, tím větší je energie nesená částicí.

V měřítku elektromagnetických vln má červené světlo nižší frekvenci než modrá. To znamená, že červené fotony jsou "chladnější". Současně je v teplé vodě označena teplá voda a studená voda - ve větším množství energie. Samozřejmě, barva lidské pokožky pod vlivem teploty byla brána jako základ, nikoliv elektromagnetické spektrum.

Setkání na elektromagnetických polích

Trochu výše jsme řekli: pokud foton narazí na překážku, rozpouští se ve hmotě, ztrácí svou individualitu. Ale co se stane, když se v jednom bodě vesmíru setkají dva fotony?

Kdyby existovala fikce ve světě elementárních částic, vypadalo by to takto:

"V jednom nádherném kvantovém přechodu se indukovaný foton rozhodl opustit vnitřní hvězdu a dýchat čerstvé neutriny. Procházel prostorem své galaxie rychlostí světla a najednou se setkal s dalším takovým fotonem ... "

Ve skutečnosti, co se stane dále, závisí na fázi, ve které se setkávají dvě kvantová světla.

Pokud se v jednom bodě shromáždily dva "hřmínky", pak by jejich amplituda byla složena a v tom okamžiku by se intenzita světla zdvojnásobila. Pokud existuje "hrb" a "dutina", pak jejich vzájemná interakce zhasne světlo, protože výsledkem je nulová síla. S odlišným fázovým rozdílem budou střední úrovně osvětlení.

Rušení a difrakce

Co jsme již řekli, je jako příběh od konce. Všichni už vědí, co se stane, a tak směle vystupují do podstaty fotonů. Ale než nikdo nepochybuje, že světlo - vlna. A pokračovala tak, dokud nebyly provedeny experimenty s rušením.

Pokud je rovinný paprsek paralelních paprsků nasměrován do štěrbiny ve stěně, výsledkem nebude rovnoměrný pás světla, ale řada bílých a černých pásů se liší jako ventilátor. Je to proto, že světlo má schopnost procházet okraji překážky. A při překonávání mezery paprsků se změnil směr šíření. To znamená, že v určitém bodě vesmíru se překrývají s jinými paprsky a na výstupu vytvářeli různé fáze. To je důvod, proč použití interference a difrakce světla často se shodují.

Teoretický význam rušení

Různé typy otvorů poskytují na rozdíl od obrázků. Ve výše popsaném experimentu můžete změnit šířku štěrbiny, přidat další díru, dělat to kulatý, čtvercový atd. Poslední obrázek vám řekne, kde vlny splnily a v jakém úhlu se odchýlily od původního směru šíření. Definice vlnových vlastností světla je první aplikací rušení ve strojírenství a přírodě.

Jednoduché potíže

Jak vytvořit plochý povrch? Tuto otázku položili inženýři starověkých faraonů. Ale teď to není tak snadný úkol. Některá zařízení používají skleněné desky. A měly by být velmi hladké. Pro kontrolu kvality hotového výrobku je umístěna další podobná deska a struktura je umístěna v proudu paralelních světelných paprsků. Pokud jsou rušivé rukávy seřazené rovnoměrně, jsou plochy ploché. Pokud se pásy někde ohýbají nebo se zlomí, produkt není vhodný pro plnění svých úkolů.

Interferometry

Měření přesnosti určených vzdáleností a určení nástroje vytvořeného letadlem. To se nazývá "interferometr". Princip fungování je velmi jednoduchý: monochromatické záření je děleno řadou optických zařízení na dva paralelní paprsky. Na cestě jednoho z nich je naměřený objekt umístěn, druhý přechází bez překážek. Obrázek minima a maxima osvětlení odhalí nepřesnosti a určuje rozdíl v průběhu paprsků.

Barva a světlo

Ale až do tohoto bodu ve všech výše popsaných experimentech se předpokládalo, že se vyskytují stejné vlny. To znamená, že jejich frekvence a amplituda se shodují, liší se pouze fáze. Ale v přírodě neexistuje absolutně čisté monochromatické záření. Každý skutečný zdroj světla poskytuje celou řadu vlnových délek a jejich amplitudy mohou být také odlišné. Ale i při přítomnosti přirozeného světla dojde k rušení. Pouze namísto jasných a tmavých oblastí se střídají různé barvy.

Benzín a příroda

Použití rušení v přírodě lze nalézt především na tenkých povlacích. Určitě všichni viděli, že benzínový film na povrchu louže se za slunečného dne třpytí duhou. To je důsledek interference a difrakce bílého světla. Sluneční paprsky obsahují všechny vlnové délky. Ale oni vstoupí do očí člověka erraticky, bez jakéhokoli pořádku. Když se tenký film lehké hmoty objeví na hladině vody, v několika atomech se nerovnoměrně rozšiřuje. Někde bude výška krytu více, někde - méně. Při světle se objevují následující změny:

• odrážejí se od horního povrchu fólie;
• odrážejí se od spodního povrchu fólie;
• najdou se na výstupu z filmu.

Přirozeně, při určité tloušťce povlaku pro vlny s různými délkami, bude vytvořen jiný vzorec fázového rozdílu. A pouze určité kvantové světlo se setká s maximami. Současně lidské oko uvidí vlny stejné barvy.

Tento jev kombinuje odraz, interference a difrakci.

Peří, membrány, skořápky

Příroda miluje rozmanitost. Včetně barvy jejich oddělení. Kombinace pigmentů je však omezená, ale přetečení filmu poskytuje široké pole pro experimentování. Interference ve filmech dává barvu:

• křídla motýlů a brouků;
• pavoučí oči;
• ptačí peří;
• vnitřní povrchy skořápek a perel;
• váhy některých hadů, žáby, ještěrky;
• membránové semena některých rostlin.

Existuje dokonce i zvědavý případ, kdy jeden podnikatel chtěl získávat úžasnou modrou barvu z křídel nově objevených tropických motýlů. Prášek však zůstal vždy hnědošedý. Jako výsledek, podnikatel zkrachoval, ale nerozuměl tomu, že křídla vzácných krás pokrývala zvláštní hranolky, které odrážejí pouze jednu barvu, modrou. A zničil tyto křehké struktury, ztratil svou nádhernou barvu.