Pagkagambala pattern. Mga Tuntunin ng maximum at minimum

Panghihimasok pattern - ito ay liwanag o madilim na guhitan na dulot ng sinag na kung saan ay sa phase o sa labas ng phase sa bawat isa. Banayad na mga wave at mga katulad nito ay idinagdag kapag inilapat, kung ang kanilang mga phase nag-tutugma (sa direksyon ng pagtaas ng o pagbabawas), o i-cancel nila ang isa't isa kung ang mga ito sa antiphase. Ang mga phenomena ay tinatawag na nakabubuti at mapanirang pagkagambala, ayon sa pagkakabanggit. Kung isang kulay light beam, ang lahat ng mga waves kung saan ay may parehong haba, ay ipinapasa sa pamamagitan ng dalawang makitid slits (ang eksperimento ay unang isinagawa sa 1801 sa pamamagitan ng Thomas Young, Ingles siyentipiko, na, salamat sa kanya ay dumating sa konklusyon na ang mga wave likas na katangian ng liwanag), dalawa sa mga nagresultang beam ay maaaring maidirekta sa patag na screen kung saan sa halip na ang dalawang magkakapatong na mga spot ay nabuo pagkagambala fringes - pantay alternating pattern ng ilaw at madilim na lugar. pangkaraniwang bagay na ito ay ginagamit, halimbawa, sa lahat ng optical interferometers.

superposisyon

Ang pagtukoy sa katangian ng isang superposisyon ng mga alon na naglalarawan sa pag-uugali ng superimposed alon. Ang prinsipyo ay namamalagi sa ang katunayan na kapag sa puwang ng isang superimposed dalawang waves, lilitaw sa gulo ay katumbas ng algebraic kabuuan ng mga indibidwal na abala. Minsan sa malaking perturbations panuntunan na ito ay nilabag. Ang simple ng pag-uugali ay humantong sa isang bilang ng mga epekto na tinatawag na interference phenomena.

Ang palatandaan ng pagkagambala ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang extremes. Ang dalawang waves constructively maxima nag-tutugma, at ang mga ito ay phase sa bawat isa. Ang resulta ng ang superposisyon ay ang pagpapalakas ng gulo. Ang malawak ng ang mga nagresultang halo-halong alon ay katumbas ng sum ng mga indibidwal na amplitudes. Sa kabaligtaran, mapanirang pagkagambala sa isang maximum ng isang alon coincides na may minimum pangalawang - ang mga ito ay sa pagsalungat. Ang malawak ng ang pinagsamang wave ay katumbas sa ang pagkakaiba sa pagitan ng mga amplitudes ng kanyang mga bahagi bahagi. Sa kaso kung saan ang mga ito ay pantay-pantay, ito ay kumpleto na mapanirang pagkagambala, at pag-aalaala ng kabuuang daluyan ay zero.

eksperimento Young

Ang panghihimasok pattern sa dalawang mga pinagkukunan malinaw na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga ang mga magkakapatong na waves. Thomas Young iminungkahi na light - isang wave obeys ang prinsipyo ng superposisyon. Ang kanyang sikat na tagumpay ay ang pang-eksperimentong demonstration ng nakabubuti at mapanirang pagkagambala ng liwanag sa 1801 Ang modernong bersyon ng Young eksperimento sa kalikasan ay nagkakaiba lamang sa na ito ay gumagamit ng maliwanag na ilaw pinagkukunan. Laser pantay illuminates dalawang parallel na slits sa opaque surface. Banayad na pagpasa sa pamamagitan ng mga ito, mayroong isang remote screen. Kapag ang lapad sa pagitan ng slits ay makabuluhang mas malaki kaysa sa wavelength, ang mga patakaran ng heometriko optika siniyasat - makikita sa screen dalawang iluminado rehiyon. Gayunpaman, ang diskarte ng slits diffracted liwanag at ang mga alon sa screen ay superimposed sa bawat isa. Pagdidiprakt ay mismong isang kinahinatnan ng wave likas na katangian ng liwanag, at isa pang halimbawa ng epekto na ito.

Ang panghihimasok pattern

Ang prinsipyo ng superposisyon ang tumutukoy sa mga nagresultang pamamahagi intensity sa iluminado screen. Ang panghihimasok pattern ay nangyayari kapag ang landas pagkakaiba mula sa lumaslas sa screen ay katumbas ng buong bilang ng wavelength (0, λ, 2λ, ...). Ang pagkakaibang ito ay nagsisigurado na ang highs dumating sa parehong oras. Mapanirang pagkagambala ay nangyayari kapag ang landas pagkakaiba katumbas ng isang numero ng integer ng mga habang-alon offset sa pamamagitan ng kalahati (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung ginamit geometriko arguments upang ipakita na ang superposisyon ay humantong sa isang serye ng pantay spaced bands o mataas na intensity lugar na naaayon sa rehiyon ng constructive interference, na pinaghihiwalay ng mga madilim na lugar na puno mapanirang.

hole spacing

Isang mahalagang parameter geometry na may dalawang slits ay ang ratio ng liwanag wavelength λ at ang distansya sa pagitan ng butas d. Kung λ / d ay higit na mas mababa kaysa sa 1, ang distansya sa pagitan ng banda ay magiging maliit at nagpapang-abot na mga epekto ay hindi sinusunod. Paggamit ng malapit na spaced slits, Jung ay magagawang upang maghiwalay ng liwanag at madilim na lugar. Kaya, siya ay tinutukoy ang wavelength ng nakikitang liwanag na kulay. Ang kanilang mga lubhang maliit na halaga ay nagpapaliwanag kung bakit ang mga epekto ay sinusunod lamang sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Upang hatiin ang mga lugar ng nakabubuti at mapanirang pagkagambala, ang distansya sa pagitan ng ang source ng liwanag waves ay dapat na napakaliit.

haba ng daluyong

Pagmamasid ng pagkagambala epekto ay mahirap para sa dalawang iba pang mga kadahilanan. Karamihan sa mga pinagmumulan ng liwanag emits isang tuloy-tuloy na wavelength spectrum, na nagreresulta sa pagbuo ng maramihang mga pattern ng pagkagambala superimposed sa bawat isa, ang bawat isa na may isang agwat sa pagitan ng mga guhitan. Ito ay nag-aalis ang pinaka binibigkas effect, tulad ng mga lugar ng kumpletong kadiliman.

pagkakaugnay-ugnay

pagkagambala na maaaring ma-obserbahan sa loob ng mahabang panahon ng oras, ito ay kinakailangan upang gamitin ang maliwanag na ilaw pinagkukunan. Nangangahulugan ito na ang radiation pinagkukunan ay dapat magpanatili ng isang pare-pareho ang phase relasyon. Halimbawa, dalawang harmonic waves ng parehong dalas ay laging may isang nakapirming phase ng relasyon sa bawat punto sa espasyo - alinman sa phase o sa phase pagsalungat, o sa ilang mga intermediate estado. Gayunman, karamihan ng mga pinagmumulan ng liwanag emits ang tunay na maharmonya wave. Sa halip, sila humalimuyak ilaw, na kung saan random phase pagbabago ay nangyayari milyon-milyong mga beses sa bawat segundo. Ang ganitong radiation ay tinatawag na halu-halo.

Tamang-tama source - laser

Panghihimasok pa rin ang sinusunod kapag superimposed wave sa loob halos ng dalawang incoherent pinagkukunan, ngunit panghihimasok pattern ay nag-iiba nang sapalaran, kasama ang isang random phase shift. Banayad na sensor, kasama na ang mga mata, ay hindi maaaring magrehistro ng isang mabilis na pagbabago ng imahe, at lamang ang average na intensity ng oras. Ang laser beam ay halos isang kulay (m. E. Binubuo ng isang solong weyblengt) at isang highly. Ito ay isang mainam na pinagmumulan ng liwanag para sa pagmamasid panghihimasok epekto.

Pagpapasiya ng dalas

Pagkatapos Jung 1802 ng pagsukat habang-alon ng nakikitang ilaw ay maaaring sang-ayon sa insufficiently tumpak na bilis ng liwanag magagamit sa oras upang makalkula ang tinatayang dalas. Halimbawa, berdeng ilaw ay katumbas ng tungkol sa 6 × Oktubre ¹⁴ Hz. Ito ay maraming mga order ng magnitude mas malaki kaysa sa dalas ng mechanical vibrations. Para sa mga paghahambing, ang isang tao ay maaaring marinig ang tunog na may frequency hanggang sa 2 × ^{10 Apr} Hz. Ano ang mga eksaktong ay nag-iiba sa isang rate pa rin ang nanatiling isang misteryo para sa susunod na 60 taon.

Interference sa manipis na pelikula

Ang sinusunod effect ay hindi limitado sa mga double slit geometry ginamit sa pamamagitan ng Thomas Young. Kapag may isang pagmuni-muni at repraksyon ng sinag mula sa dalawang ibabaw na pinaghihiwalay ng isang distansya maihahambing na may haba ng daluyong, pagkagambala ay nangyayari sa manipis na pelikula. Ang papel na ginagampanan ng ang pelikula sa pagitan ng mga ibabaw ay maaaring maglaro ng isang vacuum, hangin, liquid o anumang transparent solid katawan. Sa nakikitang ilaw panghihimasok epekto ay limitado sa pamamagitan ng ang sukat ng isang ilang micrometers. Ang isang kilalang halimbawa ng lahat ng mga pelikula ay isang bubble. Banayad na masasalamin mula sa mga ito, ay isang superposisyon ng dalawang waves - ang isa ay masasalamin mula sa front ibabaw, at ang pangalawang - sa likod. Sila ay nago-overlap sa espasyo at idinagdag sa bawat isa. Depende sa kapal ng sabon film, dalawang waves maaaring mag-interact constructively o destructively. Ang kumpletong pagkalkula ng mga pattern pagkagambala ay nagpapakita na nagsisihanap ng liwanag na may isang wavelength lambda constructive panghihimasok ay nangyayari para sa isang film kapal ng λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, at iba pa D., At mapanirang. - upang λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formula para sa pagkalkula

interference phenomenon ay maraming gamit, kaya mahalaga na maunawaan ang mga pangunahing equation na may kaugnayan dito. Ang mga sumusunod na equation payagan ang mga pagkalkula ng mga iba't-ibang mga halaga na nauugnay sa pagkagambala, para sa kanyang dalawang pinaka-karaniwang mga kaso.

Lokasyon liwanag dawa in ni Young eksperimento, .. Ibig sabihin, mga site na may constructive interference maaaring kalkulahin gamit ang expression: y _{ay liwanag.} = (ΛL / d) m, kung saan λ - wavelength; m = 1, 2, 3, ...; d - ang distansya sa pagitan ng slits; L - distance i-target.

.. Location dark band, ibig sabihin, mga lugar ng mapanirang pakikipag-ugnayan ay ibinibigay sa pamamagitan ng: y _{ay madilim.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Para sa iba pang mga species panghihimasok - sa manipis na pelikula - ang pagkakaroon ng nakabubuo o mapanirang superposisyon tumutukoy sa phase shift ng masasalamin wave, na kung saan ay depende sa kapal ng pelikula at ang repraktibo index ng mga ito. Ang unang equation na naglalarawan sa kaso ng kawalan ng tulad ng isang shift, at ang pangalawang - isang shift ng kalahati ng wavelength:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Dito, λ - wavelength; m = 1, 2, 3, ...; t - landas traversed sa pelikula; n - index ng repraksyon.

Pagmamasid sa kalikasan

Kapag ang araw ay nagniningning sa bubble, maaari mong makita ang maliwanag na kulay na guhitan, dahil iba't ibang mga wavelength ay subjected sa mapanirang pagkagambala at inalis mula sa pagmuni-muni. Ang natitirang masasalamin liwanag ay lumilitaw bilang isang komplementaryong pag-alis ng kulay. Halimbawa, kung bilang isang resulta ng mapanirang pagkagambala ay absent pulang bahagi, ang mga salamin ay asul. Ang manipis na film ng langis sa tubig gumagawa ng isang katulad na epekto. Sa kalikasan, ang mga balahibo ng ilang mga ibon, kabilang ang mga peacocks at hummingbirds, at ang shell ng ilang beetles lilitaw mas maliwanag, habang pagpapalit ng kulay kapag binago mo ang angulo sa pagtingin. optical physics dito ay ang pagkagambala ng liwanag waves masasalamin mula sa manipis na layered istraktura o array na sumasalamin rods. Katulad nito perlas at shell iris, dahil sa superposisyon ng reflection mula sa maramihang mga layer ng perlas. Mahalagang bato tulad ng opal, exhibit magandang pattern panghihimasok na sanhi sa pamamagitan ng scattering ng ilaw mula sa mga regular na kaayusan nabuo sa pamamagitan ng microscopic spherical particle.

application

Maraming mga teknolohikal na mga aplikasyon ng ilaw panghihimasok phenomena sa araw-araw na buhay. Sila ay batay optika physics camera. Normal lenses antireflection patong ay isang manipis na film. At ang kapal at repraksyon ng sinag ay kaya pinili upang makabuo ng mapanirang pagkagambala ng nakalarawan nakikitang liwanag. Higit pang mga specialized coatings na binubuo ng maramihang mga layer ng manipis na pelikula inilaan para sa pagpasa lamang radiation sa loob ng isang makitid na hanay ng wavelength at samakatuwid ay ginagamit bilang mga filter. Multilayer coatings ay ginagamit din upang taasan ang kaya ng pagpapaliwanag ng mga salamin ng astronomikal na mga teleskopyo, pati na rin ang optical laser resonators. Interferometry - tumpak na pamamaraan ng pagsukat na ginamit sa pagrehistro ng mga maliliit na pagbabago sa kamag-anak distance - ay batay sa pagmamasid ng mga shift ng liwanag at madilim na banda na ginawa sa pamamagitan ng ang masasalamin liwanag. Halimbawa, ang isang sukatan ng kung paano nagbabago ang panghihimasok pattern, nagbibigay-daan upang i-set ang kurbada ng ibabaw ng optical components sa isang optical wavelength lobes.