pengalaman Jung ialah eksperimen gangguan pertama yang akan dijelaskan berdasarkan teori gelombang. Dalam eksperimen Young, cahaya daripada sumber melalui dua celah yang berjari rapat. Rasuk cahaya, mengembang akibat pembelauan, jatuh pada skrin jauh. Pinggiran gangguan muncul di kawasan di mana pancaran cahaya bertindih.
Gangguan – salah satu manifestasi paling terang bagi sifat gelombang cahaya. Fenomena yang menarik dan indah ini diperhatikan apabila dua atau lebih pancaran cahaya ditindih. Keamatan cahaya di kawasan di mana rasuk bertindih mempunyai ciri jalur terang dan gelap berselang-seli, dengan keamatan pada maksimum lebih besar dan pada minima kurang daripada jumlah intensiti rasuk. Apabila menggunakan cahaya putih pinggiran gangguan kelihatan berwarna dalam pelbagai warna spektrum. Kami menghadapi fenomena gangguan agak kerap: warna noda minyak pada asfalt, warna kaca tingkap yang membeku, corak berwarna pelik pada sayap beberapa rama-rama dan kumbang - semua ini adalah manifestasi gangguan cahaya.
Eksperimen pertama untuk memerhatikan gangguan cahaya dalam keadaan makmal adalah milik I. Newton. Dia memerhatikan corak gangguan yang berlaku apabila cahaya dipantulkan dalam jurang udara nipis antara plat kaca rata dan kanta plano-cembung dengan jejari kelengkungan yang besar. (Rajah 6). Corak gangguan mempunyai bentuk cincin sepusat, dipanggil cincin Newton (Rajah 7).
Newton tidak dapat menjelaskan dari sudut pandangan teori korpuskular mengapa cincin muncul, tetapi dia memahami bahawa ini disebabkan oleh beberapa proses cahaya yang berkala.
Eksperimen gangguan pertama yang akan dijelaskan berdasarkan teori gelombang cahaya ialah pengalaman Jung (1802). Dalam eksperimen Jung, cahaya dari sumber, yang berfungsi sebagai celah sempit S, jatuh pada skrin dengan dua celah yang rapat S 1 dan S 2 (Rajah 8). Melepasi setiap celah, pancaran cahaya melebar kerana pembelauan, oleh itu, pada skrin putih E, pancaran cahaya melalui celah S 1 dan S 2, bertindih. Di kawasan di mana pancaran cahaya bertindih, corak gangguan diperhatikan dalam bentuk jalur terang dan gelap berselang-seli.
|
|
|
Rajah 8 Gambar rajah percubaan gangguan Jung |
Young adalah orang pertama yang menyedari bahawa gangguan tidak boleh diperhatikan apabila gelombang daripada dua sumber bebas ditambah. Oleh itu, terdapat jurang dalam pengalamannya S 1 dan S 2, yang, mengikut prinsip Huygens, boleh dianggap sebagai sumber gelombang sekunder, diterangi oleh cahaya satu sumber S. Dengan susunan celah yang simetri, gelombang sekunder yang dipancarkan oleh sumber S 1 dan S 2 berada dalam fasa, tetapi gelombang ini bergerak ke titik cerapan P jarak yang berbeza r 1 dan r 2. Akibatnya, fasa ayunan yang dicipta oleh gelombang daripada sumber S 1 dan S 2 pada titik P, secara amnya, adalah berbeza. Oleh itu, masalah gangguan gelombang dikurangkan kepada masalah menambah ayunan frekuensi yang sama, tetapi dengan fasa yang berbeza. Kenyataan yang melambai daripada sumber S 1 dan S 2 merambat secara bebas antara satu sama lain, dan pada titik pemerhatian mereka hanya menambah, ini adalah fakta eksperimen dan dipanggil prinsip superposisi .
Gelombang monokromatik (atau sinus). , merambat ke arah vektor jejari, ditulis dalam bentuk
Tiada instrumen yang boleh memantau perubahan pantas dalam bidang gelombang cahaya dalam julat optik; kuantiti yang diperhatikan ialah aliran tenaga, yang berkadar terus dengan kuasa dua amplitud medan elektrik gelombang. Kuantiti fizik yang sama dengan kuasa dua amplitud medan elektrik gelombang biasanya dipanggil keamatan : saya = A 2 .
Transformasi trigonometri mudah membawa kepada ungkapan berikut untuk keamatan getaran yang terhasil pada satu titik P:
|
|
di mana Δ = r 2 – r 1 – kononnya perbezaan strok .
Daripada ungkapan ini, ia mengikuti bahawa maksimum gangguan (jalur cahaya) dicapai pada titik-titik dalam ruang di mana Δ = mλ ( m= 0, ±1, ±2, ...). Di mana saya maks = ( a 1 + a 2) 2 > saya 1 + saya 2. Minimum gangguan (jalur gelap) dicapai pada Δ = mλ + λ / 2. Nilai keamatan minimum saya min = ( a 1 – a 2) 2 < saya 1 + saya 2. hidup Rajah 9 menunjukkan taburan keamatan cahaya dalam corak gangguan bergantung kepada perbezaan laluan Δ.
Khususnya, jika saya 1 = saya 2 = saya 0, iaitu keamatan kedua-dua gelombang yang mengganggu adalah sama, ungkapan (*) mengambil bentuk:
|
Apabila dianjak sepanjang paksi koordinat y kepada jarak yang sama dengan lebar pinggir gangguan Δ l, iaitu, apabila beralih daripada satu gangguan maksimum kepada yang bersebelahan, perbezaan laluan Δ berubah dengan satu panjang gelombang λ. Oleh itu,
dengan ψ ialah sudut penumpuan bagi "sinar" pada titik cerapan P. Mari kita lakukan penilaian kuantitatif. Mari kita andaikan bahawa jarak d antara rekahan S 1 dan S 2 adalah sama dengan 1 mm, dan jarak dari celah ke skrin E ialah L= 1 m, maka ψ = d / L= 0.001 rad. Untuk cahaya hijau (λ = 500 nm) kita mendapat Δ l= λ / ψ = 5 10 5 nm = 0.5 mm. Untuk cahaya merah (λ = 600 nm) Δ l= 0.6 mm. Dengan cara ini, Young mula-mula mengukur panjang gelombang cahaya, walaupun ketepatan pengukuran ini adalah rendah. Perlu ditekankan bahawa dalam optik gelombang, tidak seperti optik geometri, konsep sinar cahaya kehilangan makna fizikalnya. Istilah "sinar" digunakan di sini untuk ringkasan untuk menunjukkan arah perambatan gelombang. Dalam perkara berikut, istilah ini akan digunakan tanpa tanda petikan. Dalam eksperimen Newton (Rajah 6) dengan kejadian biasa gelombang pada permukaan rata kanta, perbezaan laluan adalah lebih kurang sama dengan dua kali ganda ketebalan 2h jurang udara antara kanta dan satah. Untuk kes apabila jejari kelengkungan R kanta adalah besar berbanding dengan h, kita boleh mendapatkan kira-kira:
di mana r ialah sesaran daripada paksi simetri. Apabila menulis ungkapan untuk perbezaan laluan, anda juga harus mengambil kira bahawa gelombang 1 dan 2 dipantulkan dalam keadaan yang berbeza. Gelombang pertama dipantulkan dari antara muka kaca-udara, dan gelombang kedua dipantulkan dari antara muka kaca udara. Dalam kes kedua, fasa ayunan gelombang pantulan berubah sebanyak π, yang bersamaan dengan peningkatan dalam perbezaan laluan sebanyak λ / 2. Oleh itu
Pada r = 0, iaitu, di pusat (titik sentuhan) Δ = λ / 2; oleh itu, gangguan minimum—titik gelap—sentiasa diperhatikan di tengah gelang Newton. Jejari gelang gelap berikutnya ditentukan oleh ungkapan
Formula ini membolehkan anda menentukan secara eksperimen panjang gelombang cahaya λ jika jejari kelengkungan R kanta diketahui. Masalah koheren gelombang. Teori Young memungkinkan untuk menerangkan fenomena gangguan yang timbul apabila menambah dua gelombang monokromatik kekerapan yang sama. Walau bagaimanapun, pengalaman seharian mengajar bahawa gangguan cahaya dalam realiti bukanlah mudah untuk diperhatikan. Jika dua mentol yang serupa dinyalakan di dalam bilik, maka pada bila-bila masa keamatan cahaya ditambah dan tiada gangguan diperhatikan. Persoalannya timbul: dalam kes apakah perlu untuk menambah keamatan (dengan mengambil kira hubungan fasa), dalam kes apa - keamatan gelombang, iaitu, kuasa dua kekuatan medan? Teori gangguan gelombang monokromatik tidak dapat menjawab soalan ini. Gelombang cahaya sebenar tidak sepenuhnya monokromatik. Disebabkan oleh sebab fizikal asas, sinaran sentiasa mempunyai watak statistik (atau rawak). Atom-atom sumber cahaya memancarkan secara bebas antara satu sama lain pada masa rawak, dan sinaran setiap atom bertahan dalam masa yang sangat singkat (τ ≤ 10 –8 s). Sinaran yang terhasil daripada sumber pada setiap detik masa terdiri daripada sumbangan daripada sejumlah besar atom. Selepas satu masa tertib τ, keseluruhan set atom pemancar diperbaharui. Oleh itu, jumlah sinaran akan mempunyai amplitud yang berbeza dan, yang paling penting, fasa yang berbeza. Fasa gelombang yang dipancarkan oleh sumber cahaya sebenar kekal kira-kira malar hanya sepanjang selang masa urutan τ. “Kotak” individu sinaran tempoh τ dipanggil tsunami . Kereta api mempunyai panjang spatial sama dengan cτ, di mana c- kelajuan cahaya. Ayunan dalam kereta api yang berbeza tidak konsisten antara satu sama lain. Oleh itu, gelombang cahaya sebenar ialah urutan kereta api gelombang dengan fasa berubah secara rawak. Ia biasanya dikatakan bahawa ayunan dalam kereta api yang berbeza tidak koheren . Selang masa τ semasa fasa ayunan kekal lebih kurang malar dipanggil masa kesepaduan . Gangguan boleh berlaku hanya dengan penambahan ayunan koheren, iaitu, ayunan kepunyaan kereta api yang sama. Walaupun fasa setiap ayunan ini juga tertakluk kepada perubahan masa secara rawak, perubahan ini adalah sama, jadi perbezaan fasa antara ayunan koheren kekal malar. Dalam kes ini, corak gangguan yang stabil diperhatikan dan, oleh itu, prinsip superposisi medan dipenuhi. Apabila menambah ayunan yang tidak koheren, perbezaan fasa ternyata menjadi fungsi rawak masa. Pinggiran gangguan mengalami pergerakan rawak dari sisi ke sisi, dan pada masa Δ t pendaftaran mereka, yang dalam eksperimen optik jauh lebih lama daripada masa koheren (Δ t>> τ), purata lengkap berlaku. Peranti rakaman (mata, plat fotografi, fotosel) akan merakam pada titik pemerhatian nilai keamatan purata yang sama dengan jumlah keamatan saya 1 + saya 2 daripada kedua-dua getaran. Dalam kes ini, undang-undang penambahan keamatan dipenuhi. Oleh itu, gangguan hanya boleh berlaku apabila ayunan koheren ditambah. Untuk gangguan gelombang berlaku, adalah perlu bahawa gelombang mempunyai frekuensi yang sama dan perbezaan fasa antara ayunan medan dalam gelombang ini kekal malar dari semasa ke semasa. Dalam kes ini, corak gangguan tidak kabur dari semasa ke semasa dan tidak bergerak dalam ruang. Gelombang yang memenuhi syarat ini dipanggil koheren. Cara paling mudah untuk mendapatkan gelombang koheren adalah dengan membelah gelombang dari beberapa sumber monokromatik kepada dua atau lebih gelombang (gelombang ini akan menjadi koheren jika pembelahan, contohnya, apabila memantul dari cermin, tidak memperkenalkan perbezaan fasa yang tidak terkawal). Kemudian anda boleh membuat setiap gelombang mengambil jalan yang berbeza dengan cara yang berbeza. Ini boleh dilakukan sama ada dengan membuat dua sinar menempuh jarak yang berbeza di angkasa (seperti dalam eksperimen Young), atau dengan membuat sinar menempuh jarak yang sama tetapi dalam media dengan indeks biasan yang berbeza, dengan itu mengubah kelajuan cahaya. Dalam kedua-dua kes, perbezaan tetap tertentu dalam laluan sinar timbul, yang, apabila sinar ini digabungkan, membawa kepada corak gangguan. Gelombang daripada dua sumber bebas adalah tidak koheren dan tidak boleh mengganggu. T. Young secara intuitif meneka bahawa untuk mendapatkan gangguan cahaya, adalah perlu untuk membahagikan gelombang dari sumber kepada dua gelombang koheren dan kemudian memerhatikan hasil penambahannya pada skrin. Ini dilakukan dalam semua skema gangguan. Walau bagaimanapun, walaupun dalam kes ini, corak gangguan hilang jika perbezaan laluan Δ melebihi panjang koheren cτ. |
(6)
(7)
(8)
Melihat imej holografik yang bersinar, kebanyakan kita tidak mungkin mengingati istilah fizikal "pembelauan" Dan "gangguan gelombang cahaya".
Tetapi berkat kajian konsep-konsep ini peluang untuk mencipta hologram menjadi mungkin.
Apakah pembelauan cahaya?
Perkataan "pembelauan" berasal daripada bahasa Latin "diffractus", yang secara harfiah bermaksud "gelombang membengkok di sekeliling halangan" . Seperti yang diketahui, ia mempunyai sifat gelombang, dan sinarnya mematuhi undang-undang gelombang. Dalam fizik, pembelauan ialah nama yang diberikan kepada fenomena optik yang berlaku apabila gelombang cahaya merambat dalam medium optik tidak homogen dengan kemasukan legap.
Sifat gelombang cahaya menentukan kelakuannya apabila bergerak di sekeliling halangan. Jika halangan berkali-kali lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya, cahaya tidak membengkok di sekelilingnya, membentuk zon bayang-bayang. Tetapi dalam kes di mana saiz halangan adalah sepadan dengan panjang gelombang, fenomena pembelauan berlaku. Pada dasarnya, sebarang sisihan daripada undang-undang optik geometri boleh dikaitkan dengan pembelauan.
Gangguan gelombang
Jika kita memasang skrin legap di hadapan sumber cahaya dan membuat lubang jarum di dalamnya, maka sinaran cahaya yang menembusi titik ini pada skrin seterusnya, yang terletak selari dengan yang pertama, akan muncul dalam bentuk cincin sepusat dengan cahaya berselang-seli dan lingkaran hitam. Fenomena dalam fizik ini dipanggil pembelauan Fresnel, dinamakan sempena ahli sains yang pertama kali menemui dan menerangkannya.
Dengan menukar bentuk lubang dan menjadikannya seperti celah, kami mendapat gambar yang berbeza pada skrin kedua. Sinaran cahaya akan disusun dalam satu siri jalur terang dan gelap, seperti pada kod bar kedai. Pembelahan cahaya oleh lubang berbentuk celah pertama kali diterangkan oleh ahli fizik Jerman Fraunhofer, selepasnya ia masih dipanggil. 
Para saintis dapat menerangkan penguraian gelombang cahaya kepada kawasan terang dan gelap menggunakan konsep gangguan. Beberapa sumber ayunan gelombang, jika frekuensi ayunannya adalah koheren (sama atau gandaan antara satu sama lain), boleh meningkatkan sinaran satu sama lain, tetapi juga boleh melemahkannya, bergantung pada kebetulan fasa ayunan. Apabila bergerak di sekitar halangan dan gelombang sekunder muncul, gangguan mereka mula bermain. Di kawasan di mana fasa gelombang bertepatan, peningkatan pencahayaan diperhatikan (jalur cahaya terang atau bulatan), dan di mana ia tidak bertepatan, pencahayaan dikurangkan (kawasan gelap).
Kisi pembelauan
Jika kita mengambil plat lutsinar dan menggunakan satu siri garisan legap selari di atasnya pada jarak yang sama antara satu sama lain, kita akan mendapat parut pembelauan. Apabila hadapan cahaya rata melaluinya, pembelauan berlaku pada garisan legap. Gelombang sekunder, saling dilemahkan dan dikuatkan, membentuk difraksi minima dan maksimum, yang boleh dikesan dengan mudah pada skrin yang diletakkan di belakang jeriji.
Dalam kes ini, bukan sahaja pesongan sinaran cahaya berlaku, tetapi juga penguraian cahaya putih menjadi komponen spektrum warna. Secara semula jadi, pewarnaan sayap rama-rama, bulu burung, dan sisik ular yang diperlukan untuk penyamaran sering terbentuk melalui penggunaan fenomena optik difraksi dan gangguan, dan bukan disebabkan oleh pigmen.
Hologram
Prinsip hologram telah dicipta pada tahun 1947 oleh ahli fizik D. Gabor, yang kemudiannya menerima Hadiah Nobel untuk ciptaannya. Tiga dimensi, i.e. Imej tiga dimensi objek boleh ditangkap, dirakam, dan kemudian dihasilkan semula menggunakan pancaran laser. Salah satu gelombang cahaya dipanggil gelombang rujukan dan dipancarkan oleh sumber, dan yang kedua ialah gelombang objek dan dipantulkan daripada objek yang direkodkan.
Pada plat fotografi atau bahan lain yang dimaksudkan untuk rakaman, gabungan jalur dan bintik terang dan gelap direkodkan, yang mencerminkan gangguan gelombang elektromagnet dalam zon ruang ini. Jika cahaya dengan panjang gelombang yang sepadan dengan ciri-ciri gelombang rujukan diarahkan ke plat fotografi, ia ditukar kepada gelombang cahaya dengan ciri-ciri yang hampir dengan gelombang objek. Oleh itu, imej tiga dimensi objek tetap diperoleh dalam fluks cahaya. 
Hari ini, hologram masih boleh dirakam dan dimainkan semula walaupun di rumah. Untuk melakukan ini, anda memerlukan pancaran laser, plat fotografi dan bingkai yang boleh menahan peranti ini tidak bergerak, serta objek rakaman. Untuk hologram rumah, pancaran penuding laser dengan kanta pemfokus ditanggalkan adalah sempurna.
DEFINISI
Fenomena gangguan dipanggil superposisi ayunan dan saling menguatkan atau melemah.
Gangguan menampakkan dirinya sebagai penggantian maksimum intensiti dan minima. Hasil gangguan dipanggil corak gangguan. Perkataan campur tangan berasal dari bahasa Perancis dan bermaksud campur tangan.
Fenomena gangguan gelombang adalah mungkin apabila ayunan berlaku pada frekuensi yang sama, mempunyai arah sesaran zarah yang sama dalam ruang, dan perbezaan fasa ayunan adalah malar, iaitu, jika sumber ayunan adalah koheren. (Perkataan cohaerer diterjemahkan daripada bahasa Latin sebagai berkaitan). Kosong, satu set gelombang pengembaraan mencipta secara berurutan pada setiap titik bahagian yang dianggap medan gelombang, ayunan yang sama. Dalam kes ini, ia ditumpangkan pada set gelombang serupa yang koheren dengan yang pertama dan mempunyai amplitud yang sama, maka fenomena gangguan membawa kepada stratifikasi berterusan medan gelombang dari semasa ke semasa ke kawasan ayunan yang meningkat atau kawasan mereka. melemah.
Lokasi penguatan gangguan ayunan ditentukan oleh perbezaan dalam laluan gelombang (). Penguatan maksimum ayunan dicapai jika:
K ialah integer; - panjang gelombang.
Ayunan paling lemah jika:
Sebarang jenis gelombang boleh mengganggu. Dari segi sejarah, gangguan pertama kali ditemui dalam gelombang cahaya oleh R. Boyle dan R. Hooke, yang memerhatikan penampilan warna dalam filem nipis. T. Jung memperkenalkan konsep prinsip superposisi gelombang, menerangkan intipati fenomena dan menggunakan istilah gangguan. Jung adalah orang pertama yang bereksperimen dengan gangguan cahaya. Dia memperoleh corak gangguan daripada dua celah, yang kemudiannya menjadi eksperimen klasik. Dalam eksperimen ini, gelombang cahaya dari satu celah sempit mengenai skrin yang mempunyai dua lagi celah sempit. Pada skrin demonstrasi, pancaran cahaya dari dua celah terakhir bertindih antara satu sama lain. Di kawasan pertindihan, corak gangguan jalur terang dan gelap muncul. Teori yang dicipta oleh Jung menjelaskan fenomena gangguan apabila dua gelombang monokromatik frekuensi yang sama ditindih. Jung adalah orang pertama yang menyedari bahawa gangguan tidak boleh diperolehi apabila berurusan dengan sumber cahaya bebas.
Gangguan pegun dan tidak pegun
Gangguan terbahagi kepada pegun dan tidak pegun. Corak gangguan pegun berlaku hanya dalam kes gelombang koheren sepenuhnya.
Akibatnya, tenaga diagihkan semula di angkasa. Tenaga tertumpu pada maksimum, tetapi tidak mencapai minimum sama sekali. Pengagihan semula tenaga gelombang dalam ruang semasa gangguan sepadan dengan undang-undang pemuliharaan tenaga. Tenaga gelombang yang terhasil daripada gangguan akan sama dengan jumlah tenaga ombak yang menjalar (secara purata).
Apabila gelombang tidak koheren ditindih, tiada fenomena gangguan diperhatikan.
Syarat untuk maksimum gangguan bagi gelombang cahaya ialah ungkapan:
Panjang gelombang cahaya dalam vakum; — perbezaan optik dalam laluan sinar. Perbezaan laluan optik () ialah perbezaan panjang optik yang dilalui oleh gelombang:
L ialah panjang laluan optik (panjang laluan geometri (s) didarab dengan indeks biasan medium (n)):
Jika kesaksamaan berlaku:
maka minimum diperhatikan pada titik berkenaan. Ungkapan (6) dipanggil keadaan minimum gangguan.
Contoh penyelesaian masalah
CONTOH 1
| Senaman | Panjang gelombang cahaya kelihatan berjulat dari 380 nm hingga 760 nm. Gelombang mana dari julat ini akan dikuatkan secara maksimum dengan perbezaan laluan optik  m? |
| Penyelesaian | Syarat untuk keamatan cahaya maksimum semasa gangguan ialah: Mari kita nyatakan panjang gelombang cahaya dari keadaan (1.1):
Mari kita pertimbangkan nilai k yang berbeza.
Mari lihat yang mana antara panjang gelombang yang diperolehi berada dalam julat panjang gelombang yang boleh dilihat iaitu 380 (nm |
| Jawab |  m; m |
(nm) mari tukar nm kepada meter untuk memudahkan perbandingan: 0.380 m. Ternyata julat yang dipertimbangkan termasuk gelombang hanya pada m; mereka.CONTOH 2
| Senaman | Berapakah jarak dari sumber cahaya koheren ke skrin tunjuk cara dalam eksperimen Young (l), jarak antara sumber ini ialah d, panjang cahaya ialah , jarak antara pinggir di tengah corak gangguan ialah b? Terimalah itu. |
| Penyelesaian | Jom buat lukisan. Daripada Rajah 1, mengikut Teorem Pythagoras, kita ada: |
Terima kasih kepada pelajaran sebelumnya, kita tahu bahawa cahaya adalah koleksi sinar rectilinear yang merambat di angkasa dengan cara tertentu. Walau bagaimanapun, untuk menerangkan sifat beberapa fenomena, kita tidak boleh menggunakan konsep optik geometri, iaitu, kita tidak boleh mengabaikan sifat gelombang cahaya. Contohnya, apabila cahaya matahari melalui prisma kaca, gambar jalur warna berselang-seli muncul pada skrin (Rajah 1), yang dipanggil spektrum; pemeriksaan teliti gelembung sabun mendedahkan warna peliknya (Rajah 2), sentiasa berubah dari semasa ke semasa. Untuk menerangkan ini dan contoh lain yang serupa, kami akan menggunakan teori yang bergantung pada sifat gelombang cahaya, iaitu optik gelombang.
nasi. 1. Penguraian cahaya kepada spektrum
nasi. 2. Gelembung sabun
Dalam pelajaran ini kita akan melihat fenomena yang dipanggil gangguan cahaya. Dengan bantuan fenomena ini, saintis pada abad ke-19 membuktikan bahawa cahaya mempunyai sifat gelombang, bukan korpuskular.
Fenomena gangguan adalah seperti berikut: apabila dua atau lebih gelombang menindih antara satu sama lain di angkasa, corak taburan amplitud yang stabil muncul, manakala pada beberapa titik dalam ruang amplitud yang terhasil ialah jumlah amplitud gelombang asal, pada titik lain dalam ruang amplitud yang terhasil menjadi sama dengan sifar. Dalam kes ini, sekatan tertentu mesti dikenakan ke atas frekuensi dan fasa gelombang lipatan pada mulanya.
Contoh menambah dua gelombang cahaya
Peningkatan atau penurunan amplitud bergantung pada perbezaan fasa yang mana dua gelombang lipatan tiba pada titik tertentu.
Dalam Rajah. Rajah 3 menunjukkan kes penambahan dua gelombang dari sumber titik dan terletak pada jarak dan dari titik M, di mana pengukuran amplitud dibuat. Kedua-dua gelombang mempunyai pada satu titik M dalam kes umum, amplitud yang berbeza, kerana sebelum sampai ke tahap ini mereka mengembara laluan yang berbeza dan fasanya berbeza.
nasi. 3. Penambahan dua gelombang
Dalam Rajah. Rajah 4 menunjukkan bagaimana amplitud ayunan yang terhasil pada satu titik bergantung M bergantung pada fasa di mana dua gelombang sinusnya tiba. Apabila rabung bertepatan, amplitud yang terhasil dimaksimumkan. Apabila puncak bertepatan dengan palung, amplitud yang terhasil ditetapkan semula kepada sifar. Dalam kes perantaraan, amplitud yang terhasil mempunyai nilai antara sifar dan jumlah amplitud gelombang lipatan (Rajah 4).
nasi. 4. Penambahan dua gelombang sinus
Nilai maksimum amplitud yang terhasil akan diperhatikan dalam kes apabila perbezaan fasa antara dua gelombang penambahan adalah sifar. Perkara yang sama perlu diperhatikan apabila perbezaan fasa adalah sama dengan , kerana ini adalah tempoh fungsi sinus (Rajah 5).
nasi. 5. Nilai maksimum amplitud yang terhasil
Amplitud ayunan pada titik tertentu maksimum, jika perbezaan dalam laluan dua gelombang mengujakan ayunan pada titik ini adalah sama dengan nombor integer panjang gelombang atau nombor genap separuh gelombang (Rajah 6).
nasi. 6. Amplitud maksimum ayunan pada satu titik M
Amplitud ayunan pada titik tertentu adalah minimum jika perbezaan dalam laluan dua gelombang mengujakan ayunan pada titik ini adalah sama dengan bilangan ganjil separuh gelombang atau nombor separuh integer panjang gelombang (Rajah 7).
nasi. 7. Amplitud minimum ayunan pada satu titik M
, Di mana.
Gangguan hanya boleh diperhatikan dalam kes penambahan koheren ombak (Rajah 8).
nasi. 8. Gangguan
Gelombang koheren- ini adalah gelombang yang mempunyai frekuensi yang sama, perbezaan fasa yang malar dari semasa ke semasa pada titik tertentu (Rajah 9).
nasi. 9. Gelombang koheren
Jika gelombang tidak koheren, maka pada mana-mana titik cerapan dua gelombang tiba dengan perbezaan fasa rawak. Oleh itu, amplitud selepas penambahan dua gelombang juga akan menjadi pembolehubah rawak yang berubah dari semasa ke semasa, dan eksperimen akan menunjukkan ketiadaan corak gangguan.
Gelombang tidak koheren- ini adalah gelombang di mana perbezaan fasa sentiasa berubah (Rajah 10).
nasi. 10. Gelombang tidak koheren
Terdapat banyak situasi di mana gangguan sinar cahaya boleh diperhatikan. Contohnya, noda petrol dalam lopak (Rajah 11), gelembung sabun (Rajah 2).
nasi. 11. Kotor petrol dalam lopak
Contoh dengan buih sabun merujuk kepada kes yang dipanggil gangguan dalam filem nipis. Saintis Inggeris Thomas Young (Rajah 12) adalah orang pertama yang mengemukakan idea tentang kemungkinan menjelaskan warna filem nipis dengan penambahan gelombang, salah satunya dipantulkan dari permukaan luar filem, dan yang lain dari dalam.
nasi. 12. Thomas Young (1773-1829)
Hasil gangguan bergantung pada sudut tuju cahaya pada filem, ketebalannya dan panjang gelombang cahaya. Penguatan akan berlaku jika gelombang terbias ketinggalan di belakang gelombang pantulan dengan nombor integer panjang gelombang. Jika gelombang kedua ketinggalan separuh gelombang atau bilangan setengah gelombang ganjil, maka cahaya akan menjadi lemah (Rajah 13).
nasi. 13. Pantulan gelombang cahaya dari permukaan filem
Koheren gelombang yang dipantulkan dari permukaan luar dan dalam filem dijelaskan oleh fakta bahawa kedua-dua gelombang ini adalah sebahagian daripada gelombang kejadian yang sama.
Perbezaan dalam warna sepadan dengan fakta bahawa cahaya boleh terdiri daripada gelombang frekuensi yang berbeza (panjang). Jika cahaya terdiri daripada gelombang dengan frekuensi yang sama, maka ia dipanggil monokromatik dan mata kita menganggapnya sebagai satu warna.
Cahaya monokromatik(daripada Greek purba μόνος - satu, χρῶμα - warna) - gelombang elektromagnet satu frekuensi tertentu dan tetap dari julat frekuensi yang dilihat secara langsung oleh mata manusia. Asal usul istilah ini disebabkan oleh fakta bahawa perbezaan frekuensi gelombang cahaya dianggap oleh manusia sebagai perbezaan warna. Walau bagaimanapun, berdasarkan sifat fizikalnya, gelombang elektromagnet dalam julat yang boleh dilihat tidak berbeza daripada gelombang dalam julat lain (inframerah, ultraungu, x-ray, dll.), dan istilah "monokromatik" ("satu warna") juga digunakan. berhubung dengan mereka, walaupun ini tidak mempunyai sensasi warna tiada gelombang. Cahaya yang terdiri daripada gelombang dengan panjang gelombang yang berbeza dipanggil polikromatik(cahaya dari matahari).
Oleh itu, jika cahaya monokromatik berlaku pada filem nipis, corak gangguan akan bergantung pada sudut tuju (pada beberapa sudut gelombang akan meningkatkan satu sama lain, pada sudut lain ia akan membatalkan satu sama lain). Dengan cahaya polikromatik, untuk memerhatikan corak gangguan, adalah mudah untuk menggunakan filem ketebalan berubah-ubah, di mana gelombang dengan panjang yang berbeza akan mengganggu pada titik yang berbeza, dan kita boleh mendapatkan gambar warna (seperti dalam gelembung sabun).
Terdapat peranti khas - interferometer (Rajah 14, 15), yang mana anda boleh mengukur panjang gelombang, indeks biasan pelbagai bahan dan ciri lain.
nasi. 14. Jamin Interferometer
nasi. 15. Interferometer Fizeau
Sebagai contoh, pada tahun 1887, dua ahli fizik Amerika, Michelson dan Morley (Rajah 16), mereka bentuk interferometer khas (Rajah 17), yang mana mereka bertujuan untuk membuktikan atau menafikan kewujudan eter. Eksperimen ini adalah salah satu eksperimen yang paling terkenal dalam fizik.
nasi. 17. Michelson Stellar Interferometer
Gangguan juga digunakan dalam bidang aktiviti manusia yang lain (untuk menilai kualiti rawatan permukaan, untuk membersihkan optik, untuk mendapatkan salutan yang sangat reflektif).
keadaan
Dua cermin lut sinar terletak selari antara satu sama lain. Gelombang cahaya frekuensi jatuh pada mereka berserenjang dengan satah cermin (Rajah 18). Apakah jarak minimum antara cermin-cermin yang sepatutnya untuk memerhatikan gangguan tertib pertama bagi sinar yang lalu?
nasi. 18. Ilustrasi untuk masalah
Diberi:
Cari:
Penyelesaian
Satu rasuk akan melalui kedua-dua cermin. Yang lain akan melalui cermin pertama, dipantulkan dari yang kedua dan pertama, dan melalui yang kedua. Perbezaan dalam laluan sinar ini adalah dua kali ganda jarak antara cermin.
Nombor minimum sepadan dengan nilai integer.
Panjang gelombang ialah:
di manakah kelajuan cahaya.
Mari kita gantikan nilai dan nilai panjang gelombang ke dalam formula perbezaan laluan:
Jawab: .
Untuk mendapatkan gelombang cahaya koheren menggunakan sumber cahaya konvensional, kaedah pembahagian muka gelombang digunakan. Dalam kes ini, gelombang cahaya yang dipancarkan oleh mana-mana sumber dibahagikan kepada dua atau lebih bahagian, koheren antara satu sama lain.
1. Mendapatkan gelombang koheren dengan kaedah Young
Sumber cahaya ialah celah yang bercahaya terang, dari mana gelombang cahaya jatuh pada dua celah sempit selari dengan celah asal S(Gamb. 19). Oleh itu, celah berfungsi sebagai sumber yang koheren. Pada skrin di kawasan itu B.C. corak gangguan diperhatikan dalam bentuk jalur terang dan gelap berselang-seli.
nasi. 19. Mendapatkan gelombang koheren dengan kaedah Young
2. Mendapatkan gelombang koheren menggunakan biprism Fresnel
Biprisma ini terdiri daripada dua prisma segi empat sama yang sama dengan sudut biasan yang sangat kecil, dilipat pada tapaknya. Cahaya dari sumber dibiaskan dalam kedua-dua prisma, akibatnya sinar merambat di belakang prisma, seolah-olah terpancar daripada sumber khayalan dan (Rajah 20). Sumber-sumber ini adalah koheren. Oleh itu, pada skrin di kawasan itu B.C. corak gangguan diperhatikan.
nasi. 20. Mendapatkan gelombang koheren menggunakan biprisme Fresnel
3. Mendapatkan gelombang koheren menggunakan pemisahan panjang laluan optik
Dua gelombang koheren dicipta oleh satu sumber, tetapi laluan geometri yang berbeza dengan panjang dan lulus ke skrin (Gamb. 21). Dalam kes ini, setiap sinar bergerak melalui medium dengan indeks biasan mutlaknya sendiri. Perbezaan fasa antara gelombang yang tiba pada satu titik pada skrin adalah sama dengan nilai berikut:
di mana dan ialah panjang gelombang dalam media yang indeks biasannya adalah sama dengan dan masing-masing.
nasi. 21. Mendapatkan gelombang koheren menggunakan pemisahan panjang laluan optik
Hasil darab panjang laluan geometri dan indeks biasan mutlak medium dipanggil panjang laluan optik.
,
– perbezaan optik dalam laluan gelombang yang mengganggu.
Menggunakan gangguan, anda boleh menilai kualiti rawatan permukaan produk dengan ketepatan panjang gelombang. Untuk melakukan ini, anda perlu mencipta lapisan udara berbentuk baji nipis di antara permukaan sampel dan plat rujukan yang sangat licin. Kemudian ketidakteraturan permukaan sehingga cm akan menyebabkan kelengkungan yang ketara bagi pinggiran gangguan terbentuk apabila cahaya dipantulkan daripada permukaan yang diuji dan tepi bawah (Rajah 22).
nasi. 22. Memeriksa kualiti rawatan permukaan
Banyak peralatan fotografi moden menggunakan sejumlah besar cermin mata optik (kanta, prisma, dll.). Melalui sistem sedemikian, fluks cahaya mengalami pelbagai pantulan, yang mempunyai kesan buruk pada kualiti imej, kerana sebahagian daripada tenaga hilang semasa pantulan. Untuk mengelakkan kesan ini, perlu menggunakan kaedah khas, salah satunya ialah kaedah membersihkan optik.
Pembersihan optik adalah berdasarkan fenomena gangguan. Filem nipis dengan indeks biasan lebih rendah daripada indeks biasan kaca digunakan pada permukaan kaca optik, seperti kanta.
Dalam Rajah. Rajah 23 menunjukkan laluan kejadian rasuk pada antara muka pada sudut yang sedikit. Untuk memudahkan, kami melakukan semua pengiraan untuk sudut yang sama dengan sifar.
nasi. 23. Salutan optik
Perbezaan dalam laluan gelombang cahaya 1 dan 2 yang dipantulkan dari permukaan atas dan bawah filem adalah sama dengan dua kali ketebalan filem:
Panjang gelombang dalam filem adalah kurang daripada panjang gelombang dalam vakum n sekali ( n- indeks biasan filem):
Agar gelombang 1 dan 2 melemahkan satu sama lain, perbezaan laluan mestilah sama dengan separuh panjang gelombang, iaitu:
Jika amplitud kedua-dua gelombang yang dipantulkan adalah sama atau sangat dekat antara satu sama lain, maka kepupusan cahaya akan lengkap. Untuk mencapai ini, indeks biasan filem dipilih dengan sewajarnya, kerana keamatan cahaya yang dipantulkan ditentukan oleh nisbah indeks biasan kedua-dua media.
Gangguan- penambahan dalam ruang dua (atau beberapa) gelombang, di mana pada titik yang berbeza amplitud gelombang yang terhasil dikuatkan atau dilemahkan. Fenomena ini adalah tipikal untuk gelombang apa-apa sifat: gelombang bunyi, gelombang di permukaan air, gelombang elektromagnet, dsb.
Corak gangguan yang stabil hanya diberikan oleh gelombang koheren, iaitu gelombang yang mempunyai frekuensi yang sama dan perbezaan masa yang tetap dalam fasa ayunan.
Biarkan dua gelombang dengan frekuensi yang sama tiba di titik A, setelah menempuh jarak yang berbeza sebelum ini l 1 Dan l 2 daripada sumber mereka.
Amplitud ayunan yang terhasil bergantung pada kuantiti yang dipanggil perbezaan strok ombak
Jika perbezaan laluan adalah sama dengan bilangan integer gelombang, maka gelombang tiba pada titik dalam fasa. Apabila ditambah, gelombang menguatkan antara satu sama lain dan menghasilkan ayunan dengan amplitud dua kali ganda.
Jika perbezaan laluan adalah sama dengan bilangan ganjil separuh gelombang, maka gelombang tiba di titik A dalam antifasa. Dalam kes ini, mereka membatalkan satu sama lain, amplitud ayunan yang terhasil adalah sifar.
Pada titik lain dalam ruang, pengukuhan atau kelemahan separa gelombang yang terhasil diperhatikan.
pengalaman Jung
Pada tahun 1802, seorang saintis Inggeris Thomas Young menjalankan eksperimen di mana dia memerhati gangguan cahaya. Cahaya dari jurang yang sempit S, jatuh pada skrin dengan dua celah yang rapat S 1 Dan S 2. Melepasi setiap celah, pancaran cahaya mengembang, dan pada skrin putih pancaran cahaya melalui celah S 1 Dan S 2, bertindih. Di kawasan di mana pancaran cahaya bertindih, corak gangguan diperhatikan dalam bentuk jalur terang dan gelap berselang-seli.
Laluan rasuk dalam filem sabun
Rajah menunjukkan keratan rentas filem sabun dengan ketebalan yang sangat tinggi. Biarkan gelombang cahaya melanda titik A filem itu. Sebahagian cahaya dipantulkan dari permukaan ini, dan sebahagian lagi dibiaskan, masuk ke dalam filem dan dipantulkan dari permukaannya pada titik B. Kedua-dua pancaran cahaya yang dipantulkan ini mempunyai frekuensi yang sama kerana ia datang dari sumber yang sama. Apabila ditambah bersama, mereka membentuk corak gangguan.
Kami sering menghadapi fenomena gangguan: warna noda minyak, corak pada sayap beberapa rama-rama dan kumbang, dsb.