יישום של הפרעות, הפרעות סרט דק

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

היום נדבר על השימוש בהפרעות במדע ובחיי היומיום, נחשוף את המשמעות הפיזית של תופעה זו ונספר על ההיסטוריה של גילויה.

הגדרות והפצות

לפני שמדברים על המשמעות של תופעה בטבע ובטכנולוגיה, ראשית צריך לתת הגדרה. היום אנו בוחנים תופעה שתלמידי בית ספר לומדים בשיעורי פיזיקה. לכן, לפני שנתאר את היישום המעשי של הפרעות, נפנה לספר הלימוד.

מלכתחילה יש לציין שתופעה זו חלה על כל סוגי הגלים: אלו המתעוררים על פני המים או במהלך מחקר. אז, הפרעה היא עלייה או הפחתה במשרעת של שני גלים קוהרנטיים או יותר, המתרחשת אם הם נפגשים בנקודה אחת בחלל. המקסימום במקרה זה נקראים אנטי-נודות, והמינימום נקראים צמתים. הגדרה זו כוללת כמה מאפיינים של תהליכי תנודה, אותם נחשוף מעט מאוחר יותר.

התמונה הנובעת מהצבת גלים זה על גבי זה (ויכולים להיות הרבה כאלה) תלויה רק בהפרש הפאזות שבו התנודות מגיעות לנקודה אחת במרחב.

אור הוא גם גל

מדענים הגיעו למסקנה הזו כבר במאה השש-עשרה. היסודות של האופטיקה כמדע הונחו על ידי המדען האנגלי המפורסם בעולם אייזק ניוטון. זה היה זה שהבין לראשונה שהאור מורכב מאלמנטים מסוימים, שכמותם קובעת את צבעו. המדען גילה את תופעת הפיזור והשבירה. והוא היה הראשון שצפה בהפרעות האור בעדשות. ניוטון חקר תכונות של קרניים כמו זווית השבירה במדיות שונות, שבירה כפולה וקיטוב. הוא זוכה ליישום הראשון של הפרעות גלים לטובת האנושות. וזה היה ניוטון שהבין שאם האור לא היה רעידות, הוא לא היה מציג את כל המאפיינים האלה.

נכסים קלים

תכונות הגל של האור כוללות:

1. אורך גל. זהו המרחק בין שני גבוהים צמודים של תנופה אחת. אורך הגל הוא שקובע את הצבע והאנרגיה של קרינה גלויה.
2. תדירות. זהו מספר הגלים השלמים שיכולים להתרחש בשנייה אחת. הערך מבוטא בהרץ והוא פרופורציונלי הפוך לאורך הגל.
3. משרעת. זהו ה"גובה" או ה"עומק" של התנודה. הערך משתנה ישירות כאשר שתי תנודות מפריעות. המשרעת מראה באיזו עוצמה הופרע השדה האלקטרומגנטי כדי ליצור את הגל המסוים הזה. זה גם קובע את חוזק השדה.
4. שלב גל. זהו החלק של התנודה שמגיעים אליו בזמן נתון. אם שני גלים נפגשים באותה נקודה במהלך הפרעה, הפרש הפאזות שלהם יתבטא ביחידות של π.
5. קרינה אלקטרומגנטית קוהרנטית נקראת עםאותם מאפיינים. הקוהרנטיות של שני גלים מרמזת על קביעות הפרש הפאזות שלהם. אין מקורות טבעיים לקרינה כזו, הם נוצרים באופן מלאכותי בלבד.

היישום הראשון הוא מדעי

סר יצחק עבד קשה וקשה על תכונות האור. הוא צפה בדיוק כיצד מתנהגת קרן של קרניים כשהיא נתקלת במנסרה, גליל, לוח ועדשה מאמצעי שבירה שונים ושקופים. פעם אחת, ניוטון הניח עדשת זכוכית קמורה על לוח זכוכית עם משטח מעוקל כלפי מטה וכיוון זרם של קרניים מקבילות אל המבנה. כתוצאה מכך, טבעות בהירות וכהות רדיאלית מתפצלות ממרכז העדשה. המדען ניחש מיד שניתן לצפות בתופעה כזו רק אם יש תכונה תקופתית כלשהי באור שמכבה את האלומה איפשהו, ואיפשהו, להיפך, משפרת אותה. מכיוון שהמרחק בין הטבעות היה תלוי בעקמומיות העדשה, ניוטון הצליח לחשב בקירוב את אורך הגל של התנודה. כך, המדען האנגלי מצא לראשונה יישום קונקרטי לתופעת ההפרעות.

הפרעות חריצות

מחקרים נוספים של תכונות האור דרשו הגדרה וביצוע ניסויים חדשים. ראשית, מדענים למדו כיצד ליצור קורות קוהרנטיות ממקורות הטרוגניים למדי. לשם כך, הזרימה ממנורה, נר או שמש חולקה לשניים באמצעות מכשירים אופטיים. לדוגמה, כאשר קורה פוגעת בצלחת זכוכית בזווית של 45 מעלות, אז חלק ממנהנשבר ועובר הלאה, וחלק משתקף. אם הזרמים הללו נעשים מקבילים בעזרת עדשות ומנסרות, הפרש הפאזות בהם יהיה קבוע. וכדי שבניסויים האור לא יצא כמו מאוורר ממקור נקודתי, האלומה נעשתה במקביל באמצעות עדשה ממוקדת קרוב.

כאשר מדענים למדו את כל המניפולציות הללו עם אור, הם החלו לחקור את תופעת ההפרעות במגוון חורים, כולל חריץ צר או סדרה של חריצים.

התערבות ודיפרקציה

החוויה המתוארת לעיל הפכה לאפשרית עקב תכונה אחרת של אור - עקיפה. התגברות על מכשול קטן מספיק כדי להשוות אותו עם אורך הגל, התנודה מסוגלת לשנות את כיוון ההתפשטות שלה. בשל כך, לאחר חריץ צר, חלק מהקרן משנה את כיוון ההתפשטות ומקיים אינטראקציה עם קורות שלא שינו את זווית הנטייה. לכן, לא ניתן להפריד את היישומים של הפרעות ודיפרקציה זה מזה.

דגמים ומציאות

עד לנקודה זו, השתמשנו במודל של עולם אידיאלי שבו כל אלומות האור מקבילות זו לזו וקוהרנטיות. כמו כן, בתיאור הפשוט ביותר של הפרעות, משתמע שתמיד נתקלים בקרינה עם אותם אורכי גל. אבל במציאות, הכל לא כך: האור הוא לרוב לבן, הוא מורכב מכל התנודות האלקטרומגנטיות שהשמש מספקת. המשמעות היא שההפרעה מתרחשת על פי חוקים מורכבים יותר.

סרטים דקים

הדוגמה הברורה ביותר מהסוג הזהאינטראקציה של אור היא השכיחות של קרן אור על סרט דק. כשיש טיפת בנזין בשלולית עיר, פני השטח מנצנצים בכל צבעי הקשת. וזו בדיוק תוצאה של הפרעה.

אור נופל על פני השטח של הסרט, נשבר, נופל על גבול הבנזין והמים, מוחזר ונשבר שוב. כתוצאה מכך, הגל פוגש את עצמו ביציאה. לפיכך, כל הגלים מדוכאים, פרט לאלה שתנאי אחד מתקיים עבורם: עובי הסרט הוא כפולה של אורך גל חצי שלם. ואז במוצא התנודה תפגוש את עצמה עם שתי מקסימום. אם עובי הציפוי שווה לכל אורך הגל, אזי הפלט יעמיד את המקסימום על המינימום, והקרינה תכבה מעצמה.

מכאן נובע שככל שהסרט עבה יותר, כך חייב להיות אורך הגל שייצא ממנו ללא הפסד גדול יותר. למעשה, סרט דק עוזר להדגיש צבעים בודדים מכל הספקטרום וניתן להשתמש בו בטכנולוגיה.

צילומים וגאדג'טים

למרבה הפלא, חלק מהיישומים של הפרעות מוכרים לכל הפאשניסטות ברחבי העולם.

תפקידה העיקרי של דוגמנית יפהפייה הוא להיראות טוב מול המצלמות. צוות שלם מכין נשים לצילום: סטייליסטית, מאפרת, מעצבת אופנה ופנים, עורכת מגזינים. פפראצי מעצבן יכול לחכות לדוגמנית ברחוב, בבית, בבגדים מצחיקים ובפוזה מגוחכת, ואז להעלות את התמונות לתצוגה פומבית. אבל ציוד טוב חיוני לכל הצלמים. מכשירים מסוימים יכולים לעלות כמה אלפי דולרים. ביןהמאפיינים העיקריים של ציוד כזה יהיו בהכרח ההארה של האופטיקה. והתמונות ממכשיר כזה יהיו באיכות גבוהה מאוד. בהתאם, זריקת כוכב ללא הכנה גם לא תיראה כל כך לא אטרקטיבית.

משקפיים, מיקרוסקופים, כוכבים

הבסיס לתופעה זו הוא התערבות בסרטים דקים. זוהי תופעה מעניינת ונפוצה. ומוצא יישומי הפרעות אור בטכניקה שחלק מהאנשים מחזיקים בידיהם כל יום.

העין האנושית תופסת את הצבע הירוק בצורה הטובה ביותר. לכן, תמונות של בנות יפות לא אמורות להכיל שגיאות באזור המסוים הזה של הספקטרום. אם סרט עם עובי מסוים מוחל על פני השטח של המצלמה, אז לציוד כזה לא יהיו השתקפויות ירוקות. אם הקורא הקשוב הבחין אי פעם בפרטים כאלה, אז הוא היה צריך להיפגע מנוכחותם של השתקפויות אדומות וסגולות בלבד. אותו סרט מוחל על משקפיים.

אבל אם אנחנו לא מדברים על העין האנושית, אלא על מכשיר חסר תשוקה? לדוגמה, מיקרוסקופ חייב לרשום את הספקטרום האינפרא אדום, וטלסקופ חייב לחקור את המרכיבים האולטרה סגולים של כוכבים. לאחר מכן מוחל סרט נגד השתקפות בעובי שונה.