ინტერფერენციის გამოყენება, თხელი ფირის ჩარევა

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

დღეს ვისაუბრებთ მეცნიერებაში და ყოველდღიურ ცხოვრებაში ჩარევის გამოყენებაზე, გამოვავლენთ ამ ფენომენის ფიზიკურ მნიშვნელობას და მოგიყვებით მისი აღმოჩენის ისტორიაზე.

განმარტებები და განაწილება

სანამ ისაუბრებთ ფენომენის მნიშვნელობაზე ბუნებასა და ტექნოლოგიაში, ჯერ უნდა მოგცეთ განმარტება. დღეს ჩვენ განვიხილავთ ფენომენს, რომელსაც სკოლის მოსწავლეები სწავლობენ ფიზიკის გაკვეთილებზე. ამიტომ, სანამ ჩარევის პრაქტიკულ გამოყენებას აღვწერთ, მივმართოთ სახელმძღვანელოს.

დასაწყისისთვის, უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ფენომენი ეხება ყველა ტიპის ტალღებს: მათ, რომლებიც წარმოიქმნება წყლის ზედაპირზე ან კვლევის დროს. ასე რომ, ჩარევა არის ორი ან მეტი თანმიმდევრული ტალღის ამპლიტუდის ზრდა ან შემცირება, რაც ხდება, თუ ისინი ხვდებიან სივრცეში ერთ წერტილში. მაქსიმუმებს ამ შემთხვევაში ანტიკვანძებს უწოდებენ, ხოლო მინიმუმებს - კვანძებს. ეს განსაზღვრება მოიცავს რხევითი პროცესების ზოგიერთ თვისებას, რომლებსაც ცოტა მოგვიანებით გამოვავლენთ.

სურათი, რომელიც წარმოიქმნება ტალღების ერთმანეთზე გადაფარვის შედეგად (და შეიძლება ბევრი იყოს) დამოკიდებულია მხოლოდ ფაზურ სხვაობაზე, რომლის დროსაც რხევები სივრცეში ერთ წერტილამდე მოდის.

სინათლე ასევე ტალღაა

ამ დასკვნამდე მეცნიერები მივიდნენ უკვე მეთექვსმეტე საუკუნეში. ოპტიკას, როგორც მეცნიერებას, საფუძველი ჩაუყარა მსოფლიოში ცნობილმა ინგლისელმა მეცნიერმა ისააკ ნიუტონმა. სწორედ მან გააცნობიერა პირველად, რომ სინათლე შედგება გარკვეული ელემენტებისაგან, რომელთა რაოდენობა განსაზღვრავს მის ფერს. მეცნიერმა აღმოაჩინა დისპერსიისა და რეფრაქციის ფენომენი. და ის იყო პირველი, ვინც დააკვირდა სინათლის ჩარევას ლინზებზე. ნიუტონმა შეისწავლა სხივების ისეთი თვისებები, როგორიცაა გარდატეხის კუთხე სხვადასხვა გარემოში, ორმაგი გარდატეხა და პოლარიზაცია. მას მიეწერება ტალღის ჩარევის პირველი გამოყენება კაცობრიობის სასარგებლოდ. და სწორედ ნიუტონმა გააცნობიერა, რომ სინათლე რომ არ ყოფილიყო ვიბრაცია, ის არ გამოავლენდა ყველა ამ მახასიათებელს.

შუქის თვისებები

სინათლის ტალღური თვისებები მოიცავს:

1. ტალღის სიგრძე. ეს არის მანძილი ერთი საქანელების ორ მიმდებარე სიმაღლეებს შორის. ეს არის ტალღის სიგრძე, რომელიც განსაზღვრავს ხილული გამოსხივების ფერს და ენერგიას.
2. სიხშირე. ეს არის სრული ტალღების რაოდენობა, რომელიც შეიძლება მოხდეს ერთ წამში. მნიშვნელობა გამოიხატება ჰერცში და უკუპროპორციულია ტალღის სიგრძისა.
3. ამპლიტუდა. ეს არის რხევის „სიმაღლე“ან „სიღრმე“. მნიშვნელობა პირდაპირ იცვლება, როდესაც ორი რხევა ერევა. ამპლიტუდა აჩვენებს, თუ რამდენად ძლიერი იყო ელექტრომაგნიტური ველი დარღვეული ამ კონკრეტული ტალღის წარმოქმნის მიზნით. ის ასევე ადგენს ველის სიძლიერეს.
4. ტალღის ფაზა. ეს არის რხევის ის ნაწილი, რომელიც მიიღწევა მოცემულ დროს. თუ ჩარევის დროს ორი ტალღა შეხვდება ერთსა და იმავე წერტილს, მაშინ მათი ფაზური სხვაობა გამოისახება π. ერთეულებში.
5. თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ეწოდებაიგივე მახასიათებლები. ორი ტალღის თანმიმდევრულობა გულისხმობს მათი ფაზური სხვაობის მუდმივობას. ასეთი გამოსხივების ბუნებრივი წყაროები არ არსებობს, ისინი მხოლოდ ხელოვნურად იქმნება.

პირველი განაცხადი სამეცნიეროა

სერ ისაკი ბევრს მუშაობდა სინათლის თვისებებზე. მან ზუსტად დააკვირდა, როგორ იქცევა სხივების სხივი, როდესაც ის ხვდება პრიზმას, ცილინდრს, ფირფიტას და ლინზებს სხვადასხვა რეფრაქციული გამჭვირვალე მედიიდან. ერთხელ ნიუტონმა მოათავსა ამოზნექილი შუშის ლინზა მინის ფირფიტაზე, მრუდე ზედაპირით ქვემოთ და მიმართა პარალელური სხივების ნაკადს სტრუქტურაზე. შედეგად, რადიალურად ნათელი და მუქი რგოლები განსხვავდება ლინზის ცენტრიდან. მეცნიერმა მაშინვე გამოიცნო, რომ ასეთი ფენომენის დაკვირვება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ სინათლეში არის გარკვეული პერიოდული თვისება, რომელიც სადღაც აჩერებს სხივს და სადღაც, პირიქით, აძლიერებს მას. ვინაიდან რგოლებს შორის მანძილი დამოკიდებული იყო ლინზის გამრუდებაზე, ნიუტონმა შეძლო დაახლოებით გამოეთვალა რხევის ტალღის სიგრძე. ამრიგად, ინგლისელმა მეცნიერმა პირველად იპოვა ჩარევის ფენომენის კონკრეტული გამოყენება.

ნაჭრის ჩარევა

სინათლის თვისებების შემდგომი შესწავლა საჭიროებდა ახალი ექსპერიმენტების დაყენებას და ჩატარებას. პირველი, მეცნიერებმა ისწავლეს, თუ როგორ შეექმნათ თანმიმდევრული სხივები საკმაოდ ჰეტეროგენული წყაროებიდან. ამისათვის ნათურის, სანთლის ან მზის ნაკადი ორად იყოფოდა ოპტიკური მოწყობილობების გამოყენებით. მაგალითად, როდესაც სხივი ურტყამს მინის ფირფიტას 45 გრადუსიანი კუთხით, მაშინ მისი ნაწილიირღვევა და გადის, ნაწილი კი აირეკლება. თუ ეს ნაკადები პარალელურად კეთდება ლინზებისა და პრიზმების დახმარებით, მათში ფაზური სხვაობა მუდმივი იქნება. და ისე, რომ ექსპერიმენტებში შუქი არ გამოდიოდა ისე, როგორც ვენტილატორი წერტილის წყაროდან, სხივი პარალელურად გაკეთდა ახლო ფოკუსირებული ლინზის გამოყენებით.

როდესაც მეცნიერებმა შეიტყვეს ყველა ეს მანიპულაცია სინათლით, მათ დაიწყეს ჩარევის ფენომენის შესწავლა სხვადასხვა ხვრელებზე, მათ შორის ვიწრო ჭრილში ან ნახვრეტების სერიაზე.

ინტერფერენცია და დიფრაქცია

ზემოთ აღწერილი გამოცდილება შესაძლებელი გახდა სინათლის სხვა თვისების - დიფრაქციის გამო. ტალღის სიგრძესთან შესადარებლად საკმარისად მცირე დაბრკოლების გადალახვით, რხევას შეუძლია შეცვალოს მისი გავრცელების მიმართულება. ამის გამო, ვიწრო ჭრილის შემდეგ, სხივის ნაწილი იცვლის გავრცელების მიმართულებას და ურთიერთქმედებს სხივებთან, რომლებიც არ ცვლიდნენ დახრის კუთხეს. ამიტომ, ინტერფერენციისა და დიფრაქციის აპლიკაციები არ შეიძლება განცალკევდეს ერთმანეთისგან.

მოდელები და რეალობა

აქამდე ჩვენ ვიყენებდით იდეალური სამყაროს მოდელს, რომელშიც სინათლის ყველა სხივი ერთმანეთის პარალელურად და თანმიმდევრულია. ასევე, ინტერფერენციის უმარტივეს აღწერაში იგულისხმება, რომ გამოსხივებები ყოველთვის გვხვდება იგივე ტალღის სიგრძით. მაგრამ სინამდვილეში ყველაფერი ასე არ არის: სინათლე ყველაზე ხშირად თეთრია, ის შედგება ყველა ელექტრომაგნიტური ვიბრაციისგან, რომელსაც მზე უზრუნველყოფს. ეს ნიშნავს, რომ ჩარევა ხდება უფრო რთული კანონების მიხედვით.

თხელი ფილმები

ამ ტიპის ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითისინათლის ურთიერთქმედება არის სინათლის სხივის დაცემა თხელ ფენაზე. როდესაც ქალაქის გუბეში ბენზინის წვეთია, ზედაპირი ცისარტყელა ცისარტყელის ყველა ფერით. და ეს არის ზუსტად ჩარევის შედეგი.

სინათლე ეცემა ფირის ზედაპირზე, ირღვევა, ეცემა ბენზინისა და წყლის საზღვარზე, აირეკლება და ისევ ირღვევა. შედეგად, ტალღა თავს ხვდება გასასვლელში. ამრიგად, ყველა ტალღა ჩახშობილია, გარდა იმ ტალღებისა, რომელთათვისაც ერთი პირობა დაკმაყოფილებულია: ფირის სისქე არის ნახევრად მთელი რიცხვის ტალღის სიგრძის ჯერადი. შემდეგ გამოსავალზე რხევა შეხვდება ორ მაქსიმუმს. თუ საფარის სისქე მთელი ტალღის სიგრძის ტოლია, მაშინ გამომავალი მაქსიმუმს გადააჭარბებს მინიმუმს და გამოსხივება თავისთავად ჩაქრება.

აქედან გამომდინარეობს, რომ რაც უფრო სქელია ფილმი, მით მეტი უნდა იყოს ტალღის სიგრძე, რომელიც გამოვა მისგან დანაკარგის გარეშე. ფაქტობრივად, თხელი ფილმი ხელს უწყობს ცალკეული ფერების ხაზგასმას მთელი სპექტრიდან და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტექნოლოგიაში.

ფოტოსესიები და გაჯეტები

უცნაურად საკმარისია, რომ ჩარევის ზოგიერთი გამოყენება იცნობს ყველა მოდას მთელს მსოფლიოში.

მშვენიერი ქალი მოდელის მთავარი საქმეა კამერების წინ გამოიყურებოდეს. მთელი გუნდი ამზადებს ქალებს ფოტოსესიისთვის: სტილისტი, ვიზაჟისტი, მოდის და ინტერიერის დიზაინერი, ჟურნალის რედაქტორი. მომაბეზრებელ პაპარაცებს შეუძლიათ მოდელს ქუჩაში, სახლში, მხიარული ტანსაცმლითა და სასაცილო პოზით დაელოდონ, შემდეგ კი სურათები საჯარო გამოფენაზე განათავსონ. მაგრამ კარგი აღჭურვილობა აუცილებელია ყველა ფოტოგრაფისთვის. ზოგიერთი მოწყობილობა შეიძლება რამდენიმე ათასი დოლარი ღირდეს. მათ შორისასეთი აღჭურვილობის ძირითადი მახასიათებლები აუცილებლად იქნება ოპტიკის განმანათლებლობა. და სურათები ასეთი მოწყობილობიდან იქნება ძალიან მაღალი ხარისხის. შესაბამისად, მომზადების გარეშე გადაღებული ვარსკვლავი არც ისე მიმზიდველად გამოიყურება.

სათვალეები, მიკროსკოპები, ვარსკვლავები

ამ ფენომენის საფუძველია თხელ ფენებში ჩარევა. ეს არის საინტერესო და გავრცელებული ფენომენი. და აღმოაჩენს მსუბუქი ჩარევის აპლიკაციებს ტექნიკაში, რომელსაც ზოგიერთი ადამიანი ყოველდღიურად უჭირავს ხელში.

ადამიანის თვალი ყველაზე კარგად მწვანე ფერს აღიქვამს. ამიტომ, ლამაზი გოგონების ფოტოები არ უნდა შეიცავდეს შეცდომებს სპექტრის ამ კონკრეტულ რეგიონში. თუ კონკრეტული სისქის ფილმი გამოიყენება კამერის ზედაპირზე, მაშინ ასეთ აღჭურვილობას არ ექნება მწვანე ანარეკლი. თუ ყურადღებიან მკითხველს ოდესმე შეუმჩნევია ასეთი დეტალები, მაშინ მას მხოლოდ წითელი და მეწამული ანარეკლების არსებობამ უნდა გაოცებულიყო. იგივე ფილმი წაისვით სათვალეებზე.

მაგრამ თუ ვსაუბრობთ არა ადამიანის თვალზე, არამედ უვნებელ მოწყობილობაზე? მაგალითად, მიკროსკოპმა უნდა დაარეგისტრიროს ინფრაწითელი სპექტრი, ხოლო ტელესკოპმა უნდა შეისწავლოს ვარსკვლავების ულტრაიისფერი კომპონენტები. შემდეგ გამოიყენება სხვადასხვა სისქის ანტირეფლექსური ფილმი.