Aplicació d'interferències, interferències de pel·lícula fina

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Avui parlarem de l'ús de la interferència en la ciència i la vida quotidiana, revelarem el significat físic d'aquest fenomen i parlarem de la història del seu descobriment.

Definicions i distribucions

Abans de parlar de la importància d'un fenomen a la natura i la tecnologia, primer cal donar una definició. Avui ens plantegem un fenomen que els escolars estudien a les classes de física. Per tant, abans de descriure l'aplicació pràctica de la interferència, passem al llibre de text.

Per començar, cal destacar que aquest fenomen s'aplica a tot tipus d'ones: les que sorgeixen a la superfície de l'aigua o durant la recerca. Per tant, la interferència és un augment o reducció de l'amplitud de dues o més ones coherents, que es produeix si es troben en un punt de l'espai. Els màxims en aquest cas s'anomenen antinodes, i els mínims s'anomenen nodes. Aquesta definició inclou algunes propietats dels processos oscil·latoris, que revelarem una mica més endavant.

La imatge resultant de la superposició d'ones unes sobre les altres (i pot haver-ne moltes) depèn només de la diferència de fase en què les oscil·lacions arriben a un punt de l'espai.

La llum també és una ona

Els científics van arribar a aquesta conclusió ja al segle XVI. Les bases de l'òptica com a ciència van ser establertes pel mundialment famós científic anglès Isaac Newton. Va ser ell qui primer es va adonar que la llum consta de certs elements, la quantitat dels quals determina el seu color. El científic va descobrir el fenomen de la dispersió i la refracció. I va ser el primer a observar la interferència de la llum sobre les lents. Newton va estudiar propietats dels raigs com l'angle de refracció en diferents medis, la doble refracció i la polarització. Se li atribueix la primera aplicació de la interferència d'ones en benefici de la humanitat. I va ser Newton qui es va adonar que si la llum no fos vibracions, no mostraria totes aquestes característiques.

Propietats de la llum

Les propietats ondulatòries de la llum inclouen:

1. Longitud d'ona. Aquesta és la distància entre dos màxims adjacents d'un swing. És la longitud d'ona que determina el color i l'energia de la radiació visible.
2. Freqüència. Aquest és el nombre d'ones completes que es poden produir en un segon. El valor s'expressa en Hertz i és inversament proporcional a la longitud d'ona.
3. Amplitud. Aquesta és l'"alçada" o "profunditat" de l'oscil·lació. El valor canvia directament quan interfereixen dues oscil·lacions. L'amplitud mostra amb quina força es va alterar el camp electromagnètic per generar aquesta ona en particular. També estableix la força del camp.
4. Fase d'ona. Aquesta és la part de l'oscil·lació que s'assoleix en un moment determinat. Si dues ones es troben al mateix punt durant la interferència, la seva diferència de fase s'expressarà en unitats de π.
5. La radiació electromagnètica coherent s'anomena ambles mateixes característiques. La coherència de dues ones implica la constància de la seva diferència de fase. No hi ha fonts naturals d'aquesta radiació, només es creen artificialment.

La primera aplicació és científica

Sir Isaac va treballar dur i dur en les propietats de la llum. Va observar exactament com es comporta un feix de raigs quan es troba amb un prisma, un cilindre, una placa i una lent de diversos mitjans transparents refractius. Una vegada, Newton va col·locar una lent de vidre convexa sobre una placa de vidre amb una superfície corbada cap avall i va dirigir un corrent de raigs paral·lels cap a l'estructura. Com a resultat, els anells radialment brillants i foscos divergeixen del centre de la lent. El científic va endevinar immediatament que aquest fenomen només es pot observar si hi ha alguna propietat periòdica a la llum que apagui el feix en algun lloc i en algun lloc, per contra, el millori. Com que la distància entre els anells depenia de la curvatura de la lent, Newton va poder calcular aproximadament la longitud d'ona de l'oscil·lació. Així, el científic anglès va trobar per primera vegada una aplicació concreta per al fenomen de la interferència.

Interferència d'escletxa

Els estudis posteriors de les propietats de la llum van requerir la creació i la realització de nous experiments. En primer lloc, els científics van aprendre a crear feixos coherents a partir de fonts força heterogènies. Per fer-ho, el flux d'una làmpada, espelma o sol es va dividir en dos mitjançant dispositius òptics. Per exemple, quan un feix colpeja una placa de vidre amb un angle de 45 graus, llavors part d'ellaes refracta i passa, i una part es reflecteix. Si aquests corrents es fan paral·lels amb l'ajuda de lents i prismes, la diferència de fase en ells serà constant. I perquè en els experiments la llum no sortís com un ventilador d'una font puntual, el feix es va fer paral·lel amb una lent d'enfocament proper.

Quan els científics van aprendre totes aquestes manipulacions amb la llum, van començar a estudiar el fenomen de la interferència en una varietat de forats, inclosa una escletxa estreta o una sèrie d'escletxes.

Interferència i difracció

L'experiència descrita anteriorment es va fer possible gràcies a una altra propietat de la llum: la difracció. Superant un obstacle prou petit per ser comparat amb la longitud d'ona, l'oscil·lació és capaç de canviar la direcció de la seva propagació. Per això, després d'una escletxa estreta, una part del feix canvia la direcció de propagació i interacciona amb bigues que no canvien l'angle d'inclinació. Per tant, les aplicacions d'interferència i difracció no es poden separar entre si.

Models i realitat

Fins a aquest punt, hem utilitzat el model d'un món ideal en què tots els feixos de llum són paral·lels i coherents. A més, en la descripció més senzilla de la interferència, s'implica que sempre es troben radiacions amb les mateixes longituds d'ona. Però en realitat, no tot és així: la llum és més sovint blanca, està formada per totes les vibracions electromagnètiques que proporciona el Sol. Això vol dir que la interferència es produeix segons lleis més complexes.

Pel·lícules primes

L'exemple més evident d'aquest tipusLa interacció de la llum és la incidència d'un feix de llum sobre una pel·lícula fina. Quan hi ha una gota de gasolina en un bassal de la ciutat, la superfície brilla amb tots els colors de l'arc de Sant Martí. I això és precisament el resultat de la interferència.

La llum cau a la superfície de la pel·lícula, es refracta, cau a la vora de la gasolina i l'aigua, es reflecteix i es refracta de nou. Com a resultat, l'onada es troba a la sortida. Així, es suprimeixen totes les ones, excepte aquelles per a les quals es compleix una condició: el gruix de la pel·lícula és múltiple d'una longitud d'ona de mig nombre enter. Aleshores, a la sortida, l'oscil·lació es trobarà amb dos màxims. Si el gruix del recobriment és igual a tota la longitud d'ona, la sortida superposarà el màxim al mínim i la radiació s'extingirà.

D'això se'n dedueix que com més gruixuda sigui la pel·lícula, més gran ha de ser la longitud d'ona que en sortirà sense pèrdua. De fet, una pel·lícula fina ajuda a ress altar colors individuals de tot l'espectre i es pot utilitzar en tecnologia.

Sessions de fotos i gadgets

Curiosament, algunes aplicacions d'interferència són familiars per a tots els fashionistes d'arreu del món.

La feina principal d'una bella model femenina és quedar bé davant de les càmeres. Tot un equip prepara dones per a una sessió de fotos: estilista, maquilladora, dissenyadora de moda i d'interiors, editora de revistes. Els molestos paparazzi poden esperar una model al carrer, a casa, amb roba divertida i una pose ridícula, i després posar les imatges a l'exposició pública. Però un bon equipament és essencial per a tots els fotògrafs. Alguns dispositius poden costar diversos milers de dòlars. EntreLes característiques principals d'aquests equips seran necessàriament la il·luminació de l'òptica. I les imatges d'aquest dispositiu seran de molt alta qualitat. En conseqüència, una fotografia estrella sense preparació tampoc semblarà tan atractiu.

Ulleres, microscopis, estrelles

La base d'aquest fenomen és la interferència en pel·lícules primes. Aquest és un fenomen interessant i comú. I troba aplicacions d'interferència de llum en una tècnica que algunes persones tenen a les mans cada dia.

L'ull humà percep millor el color verd. Per tant, les fotografies de noies boniques no haurien de contenir errors en aquesta regió concreta de l'espectre. Si s'aplica una pel·lícula amb un gruix específic a la superfície de la càmera, aquest equip no tindrà reflexos verds. Si el lector atent s'ha adonat mai d'aquests detalls, hauria d'haver sorprès la presència de reflexos vermells i morats. La mateixa pel·lícula s'aplica a les ulleres.

Però si no parlem de l'ull humà, sinó d'un dispositiu sense passió? Per exemple, un microscopi ha de registrar l'espectre infraroig i un telescopi ha d'estudiar els components ultraviolats de les estrelles. A continuació, s'aplica una pel·lícula antireflex d'un gruix diferent.