Hinderjen patroanen. Betingsten fan it maksimum en minima

Hinderjen patterns - is it ljocht of tsjuster stripes dy't feroarsake troch de strielen wêrfan binne yn faze of út faze mei elkoar. Light weagen en sa wurde tafoege as tapast, as harren fazen gearfalle (yn 'e rjochting fan tanimmende of sakket), of se cancel elkoar as se binne yn antiphase. Dy ferskynsels wurde neamd opbouwende en destruktive ynminging, resp. As monochromatic ljocht beam, al de weagen dy't hawwe deselde lingte, rint troch twa smelle iepening (it eksperimint waard earst útfierd yn 1801 troch Thomas Young, Ingelsk wittenskipper, dy't, mei tank oan him kaam ta de konklúzje dat de weach karakter fan ljocht), twa fan de resultearjende bondel kin wurde regissearre op in flat skerm dy't yn stee fan de twa überlappend plakjes wurde foarme hinderjen bûtenrâne fan it doarp - uniformly ôfwikseljend patroan fan ljocht en tsjuster gebieten. Dit ferskynsel wurdt brûkt, bygelyks, yn alle optische interferometers.

superposition

De defining karakteristike fan in superposition fan weagen dy't beskriuwt it gedrach fan oaninoar weagen. Syn grûnbegjinsel leit yn it feit dat doe yn 'e romte fan in oaninoar twa weagen, de resultearjende fersteuring is gelyk oan it algebraic som fan de ôfsûnderlike steurings. Soms op grutte perturbations dizze regel wurdt skeind. Dizze ienfâldige gedrach liedt ta in oantal effekten dy't neamd hinderjen ferskynsels.

It ferskynsel fan hinderjen wurdt skaaimerke troch twa utersten. De twa weagen konstruktyf Maxima gearfalle, en se binne yn faze mei elkoar. It resultaat fan it superposition is it fersterkjen fan 'e steuring. De befieming fan de dêrút mingd golf is lyk oan de som fan de ôfsûnderlike amplitudes. Oarsom destruktive ynminging yn in maksimum fan ien golf gear mei it minimum twadde - se binne yn ferset. De befieming fan de kombinearre golf is gelyk oan it ferskil tusken de amplitudes fan syn dielen. Yn it gefal dêr't se gelyk, it is kompleet destruktive hinderjen, en perturbation fan 'e totale medium is nul.

Jonge syn eksperimint

It hinderjen patroan fan de beide boarnen dúdlik wiist de oanwêzigens fan 'e überlappend weagen. Thomas Young suggerearre dat ljocht - in weach dat syn kommando acht jout it prinsipe fan superposition. Syn ferneamde ferwêzentlikjen wie de eksperimintele demonstraasje fan de konstruktive en destruktive ynminging fan it ljocht yn 1801 De moderne ferzje fan De Jong syn eksperimint yn de natuer oars allinnich yn dat it brûkt gearhingjende ljocht boarnen. Laser uniformly ferljochtsje twa parallelle iepening yn de ûntrochsichtich oerflak. Ljocht ferstjerren troch har, der is in ôfstân skerm. Doe't de breedte tusken in iepening is gâns grutter as de golflingte, de regels fan geometryske optiek waarnommen - sjoen op it skerm twa ferljochte regio. Lykwols, de oanpak fan de iepening diffracted ljocht en de weagen op it skerm wurde oaninoar op elkoar. Diffraktion is sels it gefolch fan 'e weach natuer fan ljocht, en dochs in oar foarbyld fan dizze effekt.

De hinderjen patroan

It prinsipe fan superposition bepaalt de dêrút yntinsiteit ferdieling op 'e ferljochte skerm. De hinderjen patroan ûntstiet as it paad ferskil út it cleft nei it skerm is gelyk oan it hiele tal golflingtes (0, λ, 2λ, ...). Dat ferskil soarget derfoar dat highs komme tagelyk. Destruktive hinderjen ûntstiet as it paad ferskil gelyk oan in hiel getal tal golflingtes kompensearre troch de helte (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung brûkte geometryske arguminten om sjen te litten dat de superposition liedt ta in rige fan like elkoar steande bands of hege intensiteit gebieten oerienkommende mei de streken fan konstruktyf ynminging, skieden troch tsjustere gebieten fol destruktyf.

hole spacing

In wichtich parameter mjitkunde mei twa iepening is de ferhâlding fan it ljocht golflingte λ en de ôfstân tusken de gatten d. As λ / d is folle minder as 1, de ôfstân tusken de bands sille wêze lyts en oerlaapjende effekten wurde net waarnommen. Mei help nau elkoar steande iepening, Jung wie by steat om te ferdielen it ljocht en tsjuster gebieten. Sa, hy bepaald de golflingten fan sichtber ljocht kleuren. Harren ekstreem lytse wearde ferklearret wêrom't dizze effekten wurde beachte allinnich ûnder bepaalde betingsten. Om ferdiele it mêd fan de konstruktive en destruktive ynminging, de ôfstân tusken de boarne fan ljocht weagen moatte wêze hiel lyts.

golflingte

Waarnimming fan hinderjen effekten is útdaagjend om twa oare redenen. De measte ljocht boarnen emits in trochgeande golflingte spektrum, resultearret yn formaasje fan meardere hinderjen patroanen oaninoar op elkoar, elk mei in ynterval tusken de streken. Dit elimineert de meast útsprutsen effekten, lykas gebieten fan folsleine tsjuster.

coherency

Dat hinderjen koe wurde waarnommen oer in lange perioade fan tiid, is it nedich om te brûken gearhingjende ljocht boarnen. Dat betsjut dat de strieling boarnen moatte ûnderhâlde in konstante faze relaasje. Bygelyks, twa harmonic weagen fan deselde frekwinsje altyd hawwe in fêste faze relaasje ta elk punt in romte - itsij yn faze of yn faze opposysje, of yn guon tuskenlizzende steat. Dochs is it grutste fan 'e ljocht boarnen emits de wiere harmonic weach. Ynstee dêrfan, se emit ljocht, dêr't willekeurige faze bart miljoenen kearen per sekonde. Sa'n strieling hjit incoherent.

Ideal boarne - laser

Hinderjen wurdt noch waarnommen as oaninoar weagen yn 'e romte fan twa incoherent boarnen, mar hinderjen patroanen fariearje willekeurich, tegearre mei in willekeurich fase ferskowing. Light sensors, wêrûnder de eagen, kin net registrearje in fluch feroarjende byld, en inkeld de trochsneed yntinsiteit fan 'e tiid. De laser beam is hast monochromatic (m. E. bestiet út in inkele golflingte) en in highly-. It is in ideaal ljocht source for observearjen fan hinderjen effekten.

Fêststellen fan frekwinsje

Neidat Jung 1802 fan de maatregel golflingten fan sichtber ljocht kin korrelearden mei ûnfoldwaande sekuere snelheid fan it ljocht te krijen by de tiid te berekkenjen syn approximate frekwinsje. Bygelyks, grien ljocht is gelyk oan likernôch 6 × 10 ¹⁴ Hz. Dit is in protte oarders fan grutte grutter as de frekwinsje fan de meganyske Vibrations. Foar ferliking, ien persoan kin hearre it lûd mei frekwinsjes maksimaal 2 × ¹⁰ april Hz. Wat krekt ferskilt op in taryf noch bleau in riedsel foar de kommende 60 jier.

Ynmingen yn tinne films

De waarnommen effekten wurde net beheind ta it dûbele cleft mjitkunde brûkt troch Thomas Young. Wannear't der in refleksje en brekking fan 'e strielen fan' e beide oerflakken skieden troch in ôfstân fergelykjen mei de golflingte, hinderjen optreedt yn tinne films. De rol fan de film tusken de oerflakken meie spylje in fakuüm, lucht, floeistof of hokker trochskinend bêst lichem. Yn sichtber ljocht hinderjen effekten wurde beheind troch de maten fan in pear mikrometer. In bekend foarbyld fan alle film is in bel. Ljocht werom te finen fan it, is in superposition fan twa weagen - men docht ek bliken út 'e foarside oerflak, en it twadde - op' e rêch. Se oerlaapje yn romte en tafoege oan elkoar. Ôfhinklik fan de dikte fan 'e sjippe film, twa weagen kinne ynteraksje konstruktyf of destructively. In folsleine berekkening fan it hinderjen patroan jout oan dat foar it ljocht mei in golflingte λ konstruktyf hinderjen wurdt waarnommen foar in film dikte fan λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, ensfh, en destruktive - .. Om λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formules foar berekkenjen

hinderjen ferskynsel wie in protte brûkt, dus it is wichtich om te begripen de basis fergeliking oangeande dêrop. De folgjende fergelikingen tastean de berekkening fan de ferskate wearden yn ferbân brocht mei it hinderjen, foar syn twa meast foarkommende gefallen.

Lokaasje ljocht strips yn Young syn eksperimint, .. Ie sites mei konstruktyf hinderjen kin berekkene mei help fan de útdrukking: y _{is licht.} = (ΛL / d) m, dêr't λ - golflingte; m = 1, 2, 3, ...; d - de ôfstân tusken in iepening; L - ôfstân by de doelgroep.

.. Lokaasje dark bands, dat wol sizze de gebieten fan de destruktive ynteraksje wurdt jûn troch: y _{is tsjuster.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Foar oare soarten hinderjen - yn tinne films - de oanwêzigens fan de konstruktive of destruktive superposition bepaalt de faze ferskowing fan it werom te finen weagen, dat hinget ôf fan 'e film dikte en de brekkingsyndeks derfan. De earste fergeliking beskriuwt it gefal fan ûntbrekken fan sa'n ferskowing, en de twade - in ferskowing fan de helte de golflingte:

2nt = mλ;

2nt = (m + 1/2) λ.

Hjir, λ - golflingte; m = 1, 2, 3, ...; t - Paad traversed yn de film; n - yndeks fan de brekking.

Observaasje yn de natuer

Doe't de sinne skynt op 'e bel, kinne jo sjen op de helder kleurde slaggen, sûnt ferskillende golflingten binne ûnderwurpen oan destruktive Störungen en fuorthelle út de refleksje. De oerbliuwende reflected ljocht ferskynt as in komplemintêr kleur ferwidering. Bygelyks, as as gefolch fan destruktive hinderjen is ôfwêzich reade komponint, de refleksje sil wêze blau. De tinne film fan oalje op it wetter levert in fergelykber effekt. Yn de natuer, de fearren fan guon fûgels, wêrûnder pauwen en kolibrys, en de skulpen fan guon kevers ferskine helderder, by it wizigjen fan kleur as jo feroarje de hoek. optische natuerkunde hjir is de ynminging fan ljocht weagen werom te finen út de tinne layered struktueren of rigen reflecting roeden. Allyksa pearels en skulp binne iris, fanwege superposition fan skôgings út meardere lagen fan pearel. Precious stiennen lykas Opal, exhibit moaie Störungen patroanen feroarsake troch ferstruien fan ljocht út reguliere struktueren foarme troch mikroskopyske bolfoarmige dieltsjes.

application

Der binne in soad technologyske tapassings fan ljocht hinderjen ferskynsels yn it deistich libben. Se binne basearre natuerkunde kamera optyk. Normale linzen antireflection coating is in tinne film. Har dikte en brekking fan strielen binne sa keazen te produsearjen destruktive ynminging fan werom te finen sichtber ljocht. Mear spesjalisearre Coatings besteande út meardere lagen fan tinne films bedoeld foar it trochjaan allinne strieling binnen in smel golflingte berik en dêrmei wurde brûkt as filters. Multilayer Coatings wurde ek brûkt om te fergrutsjen it reflectivity fan 'e spegels fan astronomyske teleskopen, likegoed as optyske Laser resonators. Interferometry - akkuraat mjitting metoaden brûkt foar it registrearjen lytse feroarings yn de relative ôfstân - is basearre op de observaasje fan de ferskowings fan ljocht en tsjuster bands produsearre troch de utering ljocht. Bygelyks, in mjitting fan hoe't it hinderjen patroan feroaret, kinne om de curvature fan flakken fan optyske komponinten yn in optysk golflingte lobes.