Applicazione di interferenze, interferenze in un film sottile

Oggi parleremo dell'applicazione delle interferenze nella scienza e nella vita di tutti i giorni, riveleremo il significato fisico di questo fenomeno e parleremo della storia della sua scoperta.

Definizioni e distribuzioni

Prima di parlare del significato dell'uno o dell'altroun fenomeno nella natura e nella tecnologia, per cominciare è necessario definirlo. Oggi stiamo considerando un fenomeno che gli studenti imparano nelle lezioni di fisica. Pertanto, prima di descrivere l'applicazione pratica dell'interferenza, ci rivolgiamo al libro di testo.

Innanzitutto, va notato che questo fenomenosi applica a tutti i tipi di onde: a quelle che si verificano sulla superficie dell'acqua o nello studio. Quindi, l'interferenza è un aumento o una riduzione dell'ampiezza di due o più onde coerenti, che si verifica se si verificano in un punto dello spazio. Gli alti in questo caso sono chiamati antinodi e i minimi sono chiamati nodi. Questa definizione include alcune proprietà dei processi oscillatori, che riveleremo in seguito.

L'immagine risultante dall'imposizione di onde l'una sull'altra (e potrebbero essercene molte) dipende solo dalla differenza di fase, in cui le oscillazioni arrivano a un punto nello spazio.

Anche la luce è un'onda

Questa conclusione gli scienziati sono arrivati ​​nel sedicesimosecolo. Le basi dell'ottica come scienza furono gettate dal famoso scienziato inglese Isaac Newton. È stato lui a realizzare per la prima volta che la luce è costituita da alcuni elementi, dalla quantità di cui dipende il colore. Lo scienziato ha scoperto il fenomeno della dispersione e della rifrazione. E fu il primo a osservare l'interferenza della luce sulle lenti. Newton ha studiato tali proprietà dei raggi come l'angolo di rifrazione in diversi media, doppia rifrazione, polarizzazione. Gli è stato attribuito il primo uso dell'interferenza delle onde a beneficio dell'umanità. Ed è stato Newton a rendersi conto che se non fosse stato leggero, non avrebbe mostrato tutte queste caratteristiche.

Proprietà leggere

Le proprietà delle onde della luce includono:

1. Lunghezza d'onda. Questa è la distanza tra due massimi adiacenti di una oscillazione. È la lunghezza d'onda che determina il colore e l'energia della radiazione visibile.
2. Frequenza. Questo è il numero di onde totali che possono verificarsi in un secondo. Il valore è espresso in Hertz e inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda.
3. L'ampiezza. Questa è la "altezza" o "profondità" dell'oscillazione. Il valore cambia direttamente quando due oscillazioni interferiscono. L'ampiezza mostra quanto fortemente il campo elettromagnetico fosse indignato per generare questa particolare onda. Imposta anche la forza sul campo.
4. Onda di fase. Questa è la parte dell'oscillazione che viene raggiunta in un dato momento. Se due onde si incontrano in un punto durante l'interferenza, la loro differenza di fase sarà espressa in unità di π.
5. La radiazione elettromagnetica è definita coerente.con le stesse caratteristiche La coerenza di due onde implica la costanza della loro differenza di fase. Le fonti naturali di tali radiazioni non esistono, sono create solo con mezzi artificiali.

Prima applicazione: scientifica

Sir Isaac ha lavorato duramente sulle proprietàdi luce Ha osservato come si comporta esattamente un raggio di luce quando incontra un prisma, un cilindro, una lastra e una lente da diversi supporti trasparenti rifrangenti. Una volta Newton mise una lente convessa di vetro con una superficie curva su una lastra di vetro e diresse un flusso di raggi paralleli sulla struttura. Di conseguenza, anelli radialmente luminosi e scuri divergevano dal centro dell'obiettivo. Lo scienziato ha immediatamente intuito che un tale fenomeno può essere osservato solo se esiste una specie di proprietà periodica nel mondo, che da qualche parte smorza il raggio, ma da qualche parte, al contrario, lo rafforza. Poiché la distanza tra gli anelli dipendeva dalla curvatura della lente, Newton poteva calcolare approssimativamente la lunghezza d'onda dell'oscillazione. Pertanto, lo scienziato inglese per la prima volta trovò un'applicazione concreta del fenomeno dell'interferenza.

Interferenze al divario

Ulteriori ricerche sulle proprietà della luce richiestefare e condurre nuovi esperimenti. All'inizio, gli scienziati hanno imparato a creare fasci coerenti da fonti abbastanza diverse. Per questo, il flusso da una lampada, una candela o il sole era diviso in due utilizzando dispositivi ottici. Ad esempio, quando un raggio cade su una lastra di vetro con un angolo di 45 gradi, parte di essa viene rifratta e passa sopra, e parte di essa viene riflessa. Se con l'aiuto di lenti e prismi per rendere questi flussi paralleli, la differenza di fase in essi sarà costante. E così negli esperimenti la luce non emanava da una sorgente puntiforme come una ventola, il raggio era realizzato parallelamente con l'aiuto di una lente a fuoco ravvicinato.

Quando gli scienziati hanno appreso tutte queste manipolazioni della luce, hanno iniziato a studiare il fenomeno dell'interferenza in una varietà di fori, tra cui una stretta fenditura o un numero di fessure.

Interferenze e diffrazione

L'esperienza sopra descritta è stata resa possibile daun'altra proprietà della luce: la diffrazione. Superando un ostacolo abbastanza piccolo da essere paragonato ad una lunghezza d'onda, l'oscillazione può cambiare la direzione della sua propagazione. A causa di ciò, dopo una stretta fenditura, una parte del raggio cambia la direzione di propagazione e interagisce con i raggi che non modificano l'angolo di inclinazione. Pertanto, l'applicazione di interferenze e diffrazione non può essere separata l'una dall'altra.

Modelli e realtà

Fino a questo punto, abbiamo usato un modelloun mondo ideale in cui tutti i raggi di luce sono paralleli tra loro e coerenti. Inoltre, nella descrizione più semplice dell'interferenza, si presume che si incontrino sempre radiazioni con la stessa lunghezza d'onda. Ma in realtà, tutto non è così: la luce è più spesso bianca, consiste di tutte le oscillazioni elettromagnetiche che il Sole fornisce. Quindi, l'interferenza si verifica in base a leggi più complesse.

Pellicole sottili

L'esempio più ovvio di questo tipo di interazioneLuce: questa è la caduta di un raggio di luce su un film sottile. Quando c'è una goccia di gas in una pozzanghera della città, la superficie brilla di tutti i colori dell'arcobaleno. E questa è una conseguenza dell'interferenza.

La luce cade sulla superficie del film, viene rifratta,cade al confine tra benzina e acqua, si riflette e ancora una volta si rifrange. Di conseguenza, l'onda di output si incontra con se stessa. Pertanto, tutte le onde si estinguono, ad eccezione di quelle per le quali è soddisfatta una condizione: lo spessore del film è un multiplo di una lunghezza d'onda di mezzo intero. Quindi, all'uscita, l'oscillazione avverrà con se stessa di due massimi. Se lo spessore del rivestimento è uguale all'intera lunghezza d'onda, allora l'uscita importerà un massimo sul minimo e la radiazione si spegnerà.

Da ciò segue che più spesso il film, ilpiù dovrebbe essere la lunghezza d'onda che esce senza perdita. In effetti, un film sottile contribuisce alla selezione dei singoli colori dell'intero spettro e può essere utilizzato in ingegneria.

Sessioni fotografiche e gadget

Stranamente, alcune applicazioni di interferenza sono familiari a tutte le donne alla moda del mondo.

Il lavoro principale di una bellissima modella è buonoguarda davanti alle telecamere. Un intero team si prepara per un servizio fotografico per le donne professioniste: stilista, truccatore, designer di abiti e interni, editore di una rivista. I paparazzi fastidiosi possono intrappolare un modello per strada, a casa, in abiti divertenti e posture ridicole, e quindi mettere le foto su un display pubblico. Ma per tutti i fotografi, una buona attrezzatura è importante. Alcuni dispositivi possono costare diverse migliaia di dollari. Tra le principali caratteristiche di tali apparecchiature sarà necessariamente l'ottica illuminata. E le immagini da un dispositivo del genere saranno di altissima qualità. Di conseguenza, anche un colpo di stella senza preparazione non sembrerà poco attraente.

Occhiali, microscopi, stelle

La base di questo fenomeno è l'interferenza nei film sottili. Questo è un fenomeno interessante e comune. E l'interferenza della luce è usata nella tecnica, che alcuni tengono nelle loro mani ogni giorno.

L'occhio umano percepisce megliocolore verde Pertanto, le foto di belle ragazze non dovrebbero contenere errori in questa particolare regione dello spettro. Se sulla superficie della fotocamera viene applicato un film con uno spessore specifico, tale apparecchiatura non avrà evidenziature verdi. Se il lettore attento avesse mai notato tali dettagli, avrebbe dovuto essere colpito dalla presenza di solo riflessi rossi e viola. Lo stesso film è applicato agli occhiali.

Ma se questo non riguarda l'occhio umano, ma circadispositivo impassibile? Ad esempio, un microscopio deve registrare lo spettro infrarosso e un telescopio deve studiare i componenti ultravioletti delle stelle. Quindi viene applicata una pellicola antiriflesso di diverso spessore.

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