تطبيق التدخل ، تدخل غشاء رقيق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

سنتحدث اليوم عن استخدام التدخل في العلم والحياة اليومية ، ونكشف المعنى المادي لهذه الظاهرة وسنتحدث عن تاريخ اكتشافها.

تعريفات وتوزيعات

قبل الحديث عن أهمية ظاهرة في الطبيعة والتكنولوجيا ، عليك أولاً تقديم تعريف. ندرس اليوم ظاهرة يدرسها تلاميذ المدارس في دروس الفيزياء. لذلك ، قبل وصف التطبيق العملي للتداخل ، دعنا ننتقل إلى الكتاب المدرسي.

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن هذه الظاهرة تنطبق على جميع أنواع الموجات: تلك التي تظهر على سطح الماء أو أثناء البحث. إذن ، التداخل هو زيادة أو انخفاض في سعة موجتين أو أكثر من الموجات المتماسكة ، والتي تحدث إذا التقيا في نقطة واحدة في الفضاء. تسمى الحدود القصوى في هذه الحالة بالعقد العكسية ، وتسمى الحدود الدنيا بالعقد. يتضمن هذا التعريف بعض خصائص العمليات التذبذبية ، والتي سنكشف عنها بعد قليل.

الصورة التي تنتج عن تراكب الموجات فوق بعضها البعض (ويمكن أن يكون هناك الكثير منها) تعتمد فقط على فرق الطور الذي تصل فيه التذبذبات إلى نقطة واحدة في الفضاء.

الضوء هو أيضا موجة

توصل العلماء إلى هذا الاستنتاج بالفعل في القرن السادس عشر. وضع العالم الإنجليزي الشهير إسحاق نيوتن أسس علم البصريات كعلم. كان هو أول من أدرك أن الضوء يتكون من عناصر معينة ، يحدد مقدارها لونه. اكتشف العالم ظاهرة التشتت والانكسار. وكان أول من لاحظ تداخل الضوء على العدسات. درس نيوتن خصائص الأشعة مثل زاوية الانكسار في الأوساط المختلفة ، والانكسار المزدوج ، والاستقطاب. يُنسب إليه أول تطبيق لتداخل الموجة لصالح البشرية. وكان نيوتن هو الذي أدرك أنه إذا لم يكن الضوء اهتزازات ، فلن يظهر كل هذه الخصائص.

خصائص الضوء

تشمل الخصائص الموجية للضوء:

1. الطول الموجي. هذه هي المسافة بين قمتين متجاورتين لتأرجح واحد. الطول الموجي هو الذي يحدد لون وطاقة الإشعاع المرئي.
2. التردد. هذا هو عدد الموجات الكاملة التي يمكن أن تحدث في ثانية واحدة. يتم التعبير عن القيمة بالهيرتز وتتناسب عكسياً مع الطول الموجي.
3. السعة. هذا هو "ارتفاع" أو "عمق" التذبذب. تتغير القيمة مباشرة عندما تتداخل ذبذبتان. يوضح السعة مدى قوة اضطراب المجال الكهرومغناطيسي من أجل توليد هذه الموجة المعينة. كما أنه يحدد شدة المجال.
4. مرحلة الموجة. هذا هو جزء التذبذب الذي يتم الوصول إليه في وقت معين. إذا اجتمعت موجتان في نفس النقطة أثناء التداخل ، فسيتم التعبير عن فرق الطور بينهما بوحدات π.
5. يسمى الإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك معنفس الخصائص. يشير تماسك الموجتين إلى ثبات اختلاف طورهما. لا توجد مصادر طبيعية لمثل هذا الإشعاع ، فهي تنشأ فقط بشكل مصطنع.

التطبيق الأول علمي

عمل السير إسحاق بجد واجتهاد على خصائص الضوء. لقد لاحظ بالضبط كيف تتصرف حزمة من الأشعة عندما تصادف موشورًا ، وأسطوانة ، ولوحة ، وعدسة من وسائط شفافة انكسارية مختلفة. ذات مرة ، وضع نيوتن عدسة زجاجية محدبة على لوح زجاجي بسطح منحني لأسفل ووجه تيارًا من الأشعة المتوازية إلى الهيكل. نتيجة لذلك ، تتباعد الحلقات الساطعة والمظلمة شعاعيًا عن مركز العدسة. خمن العالم على الفور أن مثل هذه الظاهرة لا يمكن ملاحظتها إلا إذا كان هناك بعض الخصائص الدورية في الضوء التي تروي الحزمة في مكان ما ، وفي مكان ما ، على العكس من ذلك ، تعززها. نظرًا لأن المسافة بين الحلقات تعتمد على انحناء العدسة ، فقد تمكن نيوتن من حساب الطول الموجي للتذبذب تقريبًا. وهكذا وجد العالم الإنجليزي لأول مرة تطبيقًا ملموسًا لظاهرة التداخل.

تدخل شق

مزيد من الدراسات حول خصائص الضوء المطلوب إعداد وإجراء تجارب جديدة. أولاً ، تعلم العلماء كيفية إنشاء حزم متماسكة من مصادر غير متجانسة إلى حد ما. للقيام بذلك ، تم تقسيم التدفق من المصباح أو الشمعة أو الشمس إلى قسمين باستخدام الأجهزة البصرية. على سبيل المثال ، عندما يصطدم شعاع بلوح زجاجي بزاوية 45 درجة ، فإن جزءًا منهينكسر ويمر ، وينعكس جزء. إذا كانت هذه التدفقات متوازية بمساعدة العدسات والمنشورات ، فسيكون اختلاف الطور فيها ثابتًا. وحتى في التجارب لم يخرج الضوء مثل مروحة من مصدر نقطي ، تم جعل الشعاع متوازيًا باستخدام عدسة ذات تركيز قريب.

عندما تعلم العلماء كل هذه التلاعبات بالضوء ، بدأوا في دراسة ظاهرة التداخل على مجموعة متنوعة من الثقوب ، بما في ذلك الشق الضيق أو سلسلة الشقوق.

التداخل والحيود

أصبحت التجربة الموصوفة أعلاه ممكنة بسبب خاصية أخرى للضوء - الحيود. التغلب على عقبة صغيرة بما يكفي لمقارنتها بطول الموجة ، فإن التذبذب قادر على تغيير اتجاه انتشاره. نتيجة لذلك ، بعد شق ضيق ، يغير جزء من الحزمة اتجاه الانتشار ويتفاعل مع الحزم التي لا تغير زاوية الميل. لذلك ، لا يمكن فصل تطبيقات التداخل والانعراج عن بعضها البعض.

النماذج والواقع

حتى هذه النقطة ، استخدمنا نموذجًا لعالم مثالي تكون فيه جميع أشعة الضوء موازية لبعضها البعض ومتماسكة. أيضًا ، في أبسط وصف للتداخل ، يُفترض ضمنيًا أن الإشعاعات ذات الأطوال الموجية نفسها يتم مواجهتها دائمًا. لكن في الواقع ، كل شيء ليس كذلك: غالبًا ما يكون الضوء أبيض ، ويتكون من جميع الاهتزازات الكهرومغناطيسية التي توفرها الشمس. هذا يعني أن التداخل يحدث وفقًا لقوانين أكثر تعقيدًا.

أفلام رقيقة

أوضح مثال من هذا النوعتفاعل الضوء هو حدوث شعاع من الضوء على غشاء رقيق. عندما يكون هناك قطرة من البنزين في بركة مدينة ، يلمع السطح بكل ألوان قوس قزح. وهذا بالضبط نتيجة التداخل.

الضوء يسقط على سطح الفيلم ، ينكسر ، يسقط على حدود البنزين والماء ، ينعكس وينكسر مرة أخرى. نتيجة لذلك ، تلتقي الموجة عند المخرج. وبالتالي ، يتم قمع جميع الموجات ، باستثناء تلك التي يتم استيفاء شرط واحد لها: سمك الفيلم هو مضاعف نصف عدد صحيح من الطول الموجي. ثم عند الإخراج سوف يلتقي التذبذب بحد أقصى اثنين. إذا كانت سماكة الطلاء مساوية لطول الموجة بالكامل ، فإن الناتج سوف يركب الحد الأقصى على الحد الأدنى ، وسوف يطفئ الإشعاع نفسه.

من هذا يترتب على أنه كلما زاد سمك الفيلم ، يجب أن يكون الطول الموجي الذي سيخرج منه أكبر دون خسارة. في الواقع ، يساعد الغشاء الرقيق في إبراز الألوان الفردية من الطيف بأكمله ويمكن استخدامه في التكنولوجيا.

التقاط الصور والأدوات

الغريب أن بعض تطبيقات التدخل مألوفة لجميع مصممي الأزياء حول العالم.

المهمة الرئيسية للعارضة الجميلة هي أن تبدو جيدة أمام الكاميرات. يقوم فريق كامل بإعداد النساء لالتقاط الصور: مصمم أزياء وفنان ماكياج ومصمم أزياء وتصميم داخلي ومحرر مجلة. يمكن للمصورين المزعجين أن ينتظروا نموذجًا في الشارع ، في المنزل ، بملابس مضحكة ووضعية سخيفة ، ثم يعرضون الصور على الملأ. لكن المعدات الجيدة ضرورية لجميع المصورين. يمكن أن تكلف بعض الأجهزة عدة آلاف من الدولارات. ضمنستكون الخصائص الرئيسية لهذه المعدات بالضرورة هي تنوير البصريات. وستكون الصور من هذا الجهاز ذات جودة عالية جدًا. وفقًا لذلك ، فإن لقطة النجمة بدون تحضير لن تبدو غير جذابة أيضًا.

نظارات ، مجاهر ، نجوم

أساس هذه الظاهرة هو التدخل في الأغشية الرقيقة. هذه ظاهرة مثيرة للاهتمام وشائعة. ويجد تطبيقات تداخل الضوء بتقنية يمسكها بعض الناس بأيديهم كل يوم.

ترى العين البشرية اللون الأخضر بشكل أفضل. لذلك ، يجب ألا تحتوي صور الفتيات الجميلات على أخطاء في هذه المنطقة بالذات من الطيف. إذا تم تطبيق فيلم بسمك معين على سطح الكاميرا ، فلن يكون لهذه المعدات انعكاسات خضراء. إذا كان القارئ اليقظ قد لاحظ مثل هذه التفاصيل في أي وقت مضى ، فمن المفترض أن يكون قد صُدم لوجود انعكاسات حمراء وأرجوانية فقط. يتم تطبيق نفس الفيلم على نظارات النظارات.

لكن إذا كنا لا نتحدث عن العين البشرية ، بل عن جهاز بلا عاطفة؟ على سبيل المثال ، يجب أن يسجل المجهر طيف الأشعة تحت الحمراء ، ويجب أن يدرس التلسكوب مكونات الأشعة فوق البنفسجية للنجوم. ثم يتم تطبيق فيلم مضاد للانعكاس بسماكة مختلفة.