Upotreba smetnji svjetla

Danas ćemo govoriti o glavnim primjenama smetnji u različitim područjima ljudske aktivnosti. Otkrijmo suštinu ove pojave i kako je objasniti sa stajališta valne teorije svjetla.

More, vjetar, svjetlo

Ovaj naslov može potaknuti dobar ljetni odmor ili odmor. Iz kombinacije riječi i puhanja slanog povjetarca, sjajnog sunca i osjećaja slobode. No, osim prirodnih asocijacija, sve te pojave imaju jednu zajedničku osobinu: to su oscilacije neke vrste okoliša. U tom smislu vjetar stoji sam. Njezini valovi su naizmjenično više razrijeđeni i gušći dijelovi zraka. Takve se vibracije nazivaju transverzalnim. Naravno, oni poštuju oscilatorne zakone, ali su još uvijek nešto drugačiji od drugih vrsta valova.

Svjetlo i vodena površina imaju više zajedničkog. Takvi valovi su pomicanje medija gore i dolje, njegova gustoća se ne mijenja. Dobar model objekta u ovom slučaju je sinusni ili kosinusni graf. Ako zamislimo da se točka kreće duž površine tih ritmičkih promjena, tada će biti vrlo slična elektromagnetskom valu.

Gore, dolje, naprijed

Prije razgovora smetnje svjetlosti i njezina uporaba u tehnologiji, s kojom se najprije morate nositi elektromagnetski valovi. Oscilacije elektromagnetskog polja i suština sunčevih zraka.

Svjetlost je tok čestica nazvanih "foton". Svaki foton je jedinstveni nedjeljivi energetski paket ili kvant. On se kreće kroz prostor naprijed dok ne naiđe na prepreku. Čim se to dogodi, može se dogoditi sljedeće:

• materija će apsorbirati foton, uzimajući njegovu energiju (fenomen se naziva apsorpcija);
• tvar će apsorbirati foton iste valne duljine i zračiti blago izmijenjenom (to je fenomen raspršenja svjetlosti);
• foton mijenja smjer propagacije (bilo zbog refrakcije ili zbog refleksije).

Unutar energetskog paketa nazvanog "foton" postoji konstantna oscilacija elektromagnetskog polja. Štoviše, svaki kvant ima svoje osobine. Kako se foton kreće, njegova svojstva ostaju nepromijenjena.

Svojstva fotona svjetlosti

Elektromagnetski kvanti su valovi. Stoga, oni imaju takva svojstva kao:

• valna duljina (λ);
• frekvencija (ν);
• amplituda (A);
• polarizacija (linearna, kružna, eliptična);
• smjeru širenja.

valna duljina a frekvencija je povezana relacijom λν = c, gdje je c brzina svjetlosti u punom vakuumu. To jest, ove dvije količine su obrnuto proporcionalne jedna drugoj: ako je jedna poznata, onda je druga vrlo lako pronaći. Isto vrijedi i sljedeća tvrdnja: što je frekvencija viša i što je kraća valna duljina fotona, to je veća energija koju nosi čestica.

U mjerilu elektromagnetskih valova, crveno svjetlo ima nižu frekvenciju od plave. To znači da su crveni fotoni "hladniji". Istodobno, vruća voda je označena crvenim slavinama, a hladna voda - plavom od više energije. Očito, boja ljudske kože pod utjecajem temperature uzeta je kao osnova, a ne elektromagnetski spektar.

Sastanak o elektromagnetskim poljima

Malo više smo rekli: ako foton naiđe na prepreku, rastvara se u supstanci, gubi svoju individualnost. Ali što će se dogoditi kada se dva fotona nađu u jednoj točki u prostoru?

Ako je fikcija postojala u svijetu elementarnih čestica, izgledala bi ovako:

“U jednom prekrasnom kvantnom prijelazu, inducirani foton odlučio je napustiti unutrašnjost zvijezde i udahnuti svježe neutrine. Hodao je kroz prostor svoje galaksije brzinom svjetlosti i iznenada upoznao drugog takvog fotona ... "

Zapravo, ono što slijedi ovisi o fazi u kojoj se susreću dva kvanta svjetla.

Kad bi se u jednom trenutku spojila dva "grba", njihova bi se amplituda presavila i tada bi se intenzitet svjetla udvostručio. Ako postoji "grba" i "šuplja", onda će njihova interakcija ugasiti svjetlo, jer je rezultat nula snage. Uz različitu faznu razliku bit će srednja razina osvjetljenja.

Interferencija i difrakcija

Ono što smo već rekli je priča od kraja. Svi već znaju što će se dogoditi, pa se hrabro uspnite u bit fotona. Ali prije toga nitko nije sumnjao da je svjetlo - val. I tako je nastavljeno sve dok nisu provedeni eksperimenti s smetnjama.

Ako je ravna zraka paralelnih zraka usmjerena prema prorezu u zidu, rezultat neće biti ravna svjetlosna traka, već niz bijelih i crnih vrpci koje se dižu poput ventilatora. To je zato što svjetlo ima sposobnost kretanja po rubovima prepreke. I u procesu prevladavanja jazova zraka promijenio je smjer propagacije. To znači da su se u nekom trenutku u prostoru prekrštali s drugim zrakama, a na izlazu su formirali različite faze. Zato je primjena smetnji i difrakcija svjetlosti često se podudaraju.

Teoretsko značenje smetnji

Različite vrste rupa daju slične slike. U gore opisanom eksperimentu možete promijeniti širinu proreza, dodati još jednu rupu, učiniti je okruglom, kvadratnom itd. Konačna slika će vam reći gdje su se valovi sastajali i koji kut odstupali od izvornog smjera širenja. Definicija valnih svojstava svjetlosti prva je primjena interferencije u inženjerstvu i prirodi.

Jednostavno je teško

Kako stvoriti ravnu površinu? To su pitanje postavili inženjeri drevnih faraona. Ali sada to nije tako jednostavan zadatak. Neki uređaji koriste staklene ploče. I trebali bi biti vrlo glatki. Kako bi se provjerila kvaliteta gotovog proizvoda, na nju se stavlja još jedna slična ploča, a struktura se stavlja u struju paralelnih svjetlosnih zraka. Ako su interferencijske linije poravnate u jednakim redovima, onda su površine ravne. Ako se bendovi negdje savijaju ili lome, proizvod nije prikladan za obavljanje zadatka.

interferometers

Mjeriti točnost određenih udaljenosti i odrediti instrumente koji su napravljeni. To se naziva "interferometar". Princip rada je vrlo jednostavan: monokromatsko zračenje podijeljeno je brojem optičkih uređaja na dvije paralelne zrake. Na putu jednog od njih stavi se izmjereni objekt, drugi prolazi bez prepreka. Slika minima i maksimuma osvjetljenja otkrit će netočnosti i odrediti razliku u tijeku zraka.

Boja i svjetlo

No do sada je u svim gore opisanim eksperimentima pretpostavljeno da se javljaju isti valovi. To znači da se njihova frekvencija i amplituda podudaraju, samo se faze razlikuju. Ali u prirodi ne postoji apsolutno čisto monokromatsko zračenje. Svaki pravi izvor svjetla daje cijeli raspon valnih duljina, a njihove amplitude također mogu biti različite. Ali čak iu prisutnosti prirodne svjetlosti dolazi do smetnji. Samo umjesto svijetlih i tamnih područja izmjenjuju se različite boje.

Benzin i priroda

Upotreba smetnji u prirodi može se naći uglavnom na tankim premazima. Sigurno je svatko vidio da je film benzina na površini lokve treperio s dugom na sunčan dan. To je posljedica interferencije i difrakcije bijele svjetlosti. Sunčeve zrake sadrže sve valne duljine. Ali oni ulaze u oči osobe neuredno, bez ikakvog reda. Kada se na površini vode pojavi tanak sloj svjetlosti, u nekoliko atoma, on se neravnomjerno širi. Negdje će visina poklopca biti više, negdje - manje. Sljedeće promjene događaju se sa svjetlom:

• oni se odbijaju od gornje površine filma;
• oni se odbijaju od donje površine filma;
• nalaze se na izlazu iz filma.

Naravno, uz specifičnu debljinu sloja za valove različite duljine, stvorit će se različiti uzorak faznih razlika. I samo će se određeni kvanti svjetlosti susresti s maksimumima. U isto vrijeme, ljudsko oko će vidjeti valove iste boje.

Ovaj fenomen kombinira refleksiju, interferenciju i difrakciju.

Perje, membrane, školjke

Priroda voli raznolikost. Uključujući i boje njihovih štićenika. No, kombinacija pigmenata je ograničena, ali preljevi filma pružaju široko polje za eksperimentiranje. Interferencija u filmovima daje boju:

• krila leptira i kukaca;
• oči pauka;
• ptičje perje;
• unutarnje površine školjki i bisera;
• vage nekih zmija, žaba, guštera;
• sjeme nekih biljaka.

Postoji čak i neobičan slučaj u kojem je jedan poduzetnik želio dobiti nevjerojatnu plavu boju s krila novootkrivenih tropskih leptira. Ali prah je uvijek ostao smeđe-siv. Kao rezultat toga, poduzetnik je bankrotirao, ali nije shvatio da krila rijetkih ljepotica pokrivaju posebne prizme koje odražavaju samo jednu boju, plavu. I uništavajući ove krhke strukture, izgubio je svoju predivnu boju.