การสังเกตปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง วิจัย

หัวข้อ: เลนส์

บทเรียน: การปฏิบัติงานในหัวข้อ “การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง”

ชื่อ:"การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง"

เป้า:ศึกษาการทดลองการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

อุปกรณ์:โคมไฟไส้ตรง, แผ่นกระจก 2 แผ่น, โครงลวด, น้ำยาสบู่, คาลิปเปอร์, กระดาษหนา, แคมบริก, ด้ายไนลอน, แคลมป์

ประสบการณ์ 1

การสังเกตรูปแบบการรบกวนโดยใช้แผ่นกระจก

เราใช้แผ่นกระจกสองแผ่นเช็ดให้สะอาดก่อนทำเช่นนี้จากนั้นพับให้แน่นแล้วบีบอัด ต้องร่างรูปแบบการรบกวนที่เราเห็นในเพลต

หากต้องการดูการเปลี่ยนแปลงของภาพขึ้นอยู่กับระดับแรงอัดของกระจก คุณจะต้องใช้อุปกรณ์จับยึดและใช้สกรูเพื่ออัดแผ่น เป็นผลให้รูปแบบการรบกวนเปลี่ยนไป

ประสบการณ์ 2

การรบกวนบนฟิล์มบาง

ในการสังเกตการทดลองนี้ ให้ใช้น้ำสบู่และโครงลวด แล้วดูว่าฟิล์มบางเกิดขึ้นได้อย่างไร หากจุ่มเฟรมลงในน้ำสบู่หลังจากยกขึ้นจะมองเห็นฟิล์มสบู่ได้ เมื่อสังเกตฟิล์มนี้ในแสงสะท้อน สามารถมองเห็นขอบสัญญาณรบกวนได้

ประสบการณ์ 3

การรบกวนฟองสบู่

สังเกตเราจะใช้สารละลายสบู่ เป่าฟองสบู่. ลักษณะของฟองอากาศที่ส่องแสงระยิบระยับคือการรบกวนของแสง (ดูรูปที่ 1)

ข้าว. 1. การรบกวนของแสงในฟองอากาศ

ภาพที่เราเห็นอาจเป็นแบบนี้ (ดูรูปที่ 2)

ข้าว. 2. รูปแบบการรบกวน

นี่คือการรบกวนของแสงสีขาวเมื่อเราวางเลนส์บนกระจกแล้วให้แสงสว่างด้วยแสงสีขาวธรรมดา

หากคุณใช้ฟิลเตอร์แสงและส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว รูปแบบการรบกวนจะเปลี่ยนไป (การสลับของแถบสีเข้มและแถบสีอ่อนจะเปลี่ยนไป) (ดูรูปที่ 3)

ข้าว. 3. การใช้ตัวกรอง

ตอนนี้เรามาดูการสังเกตการเลี้ยวเบนกันต่อ

การเลี้ยวเบนคือ ปรากฏการณ์คลื่นมีอยู่ในคลื่นทั้งหมดซึ่งสังเกตได้จากส่วนขอบของวัตถุใดๆ

ประสบการณ์ 4

การเลี้ยวเบนของแสงด้วยกรีดแคบเล็กๆ

มาสร้างช่องว่างระหว่างขากรรไกรของคาลิเปอร์ด้วยการขยับชิ้นส่วนโดยใช้สกรู เพื่อสังเกตการเลี้ยวเบนของแสง เราหนีบกระดาษแผ่นหนึ่งไว้ระหว่างขากรรไกรของคาลิปเปอร์ เพื่อให้สามารถดึงกระดาษแผ่นนี้ออกมาได้ หลังจากนั้นให้นำกรีดแคบนี้มาตั้งฉากกับดวงตา เมื่อสังเกตแหล่งกำเนิดแสงที่สว่าง (หลอดไส้) ผ่านช่องแคบ คุณจะเห็นการเลี้ยวเบนของแสง (ดูรูปที่ 4)

ข้าว. 4. การเลี้ยวเบนของแสงด้วยกรีดบางๆ

ประสบการณ์ 5

การเลี้ยวเบนบนกระดาษหนา

หากคุณหยิบกระดาษแผ่นหนาแล้วใช้มีดโกน จากนั้นนำกระดาษแผ่นนี้เข้ามาใกล้ตาและเปลี่ยนตำแหน่งของกระดาษสองแผ่นที่อยู่ติดกัน คุณสามารถสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงได้

ประสบการณ์ 6

การเลี้ยวเบนของรูรับแสงขนาดเล็ก

ในการสังเกตการเลี้ยวเบน เราต้องใช้กระดาษหนาและเข็มหมุด ใช้หมุดเจาะรูเล็กๆ บนแผ่นงาน จากนั้นเราก็นำรูเข้ามาใกล้ดวงตาและสังเกตแหล่งกำเนิดแสงที่สว่างจ้า ในกรณีนี้ จะมองเห็นการเลี้ยวเบนของแสงได้ (ดูรูปที่ 5)

การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบการเลี้ยวเบนจะขึ้นอยู่กับขนาดของรู

ข้าว. 5. การเลี้ยวเบนของแสงด้วยรูรับแสงแคบ

ประสบการณ์ 7

การเลี้ยวเบนของแสงบนผ้าโปร่งใสหนาแน่น (ไนลอน, แคมบริก)

ลองใช้เทปแคมบริกแล้ววางไว้ให้ห่างจากดวงตาแล้วมองผ่านเทปที่แหล่งกำเนิดแสงสว่าง เราจะเห็นการเลี้ยวเบนเช่น แถบหลากสีและกากบาทสว่างซึ่งจะประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมการเลี้ยวเบน

รูปนี้แสดงภาพถ่ายของการเลี้ยวเบนที่เราสังเกตเห็น (ดูรูปที่ 6)

ข้าว. 6. การเลี้ยวเบนของแสง

รายงาน:ควรนำเสนอรูปแบบการรบกวนและการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้ระหว่างการทำงาน

การเปลี่ยนแปลงของเส้นแสดงลักษณะเฉพาะของขั้นตอนการหักเหและการบวก (การลบ) ของคลื่นที่เกิดขึ้น

จากรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ได้รับจากรอยแยก อุปกรณ์พิเศษถูกสร้างขึ้น - ตะแกรงเลี้ยวเบน. เป็นชุดของรอยกรีดที่แสงลอดผ่านได้ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์นี้เพื่อทำการศึกษาแสงโดยละเอียด ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ตะแกรงเลี้ยวเบนเพื่อกำหนดความยาวคลื่นของแสงได้

1. ฟิสิกส์().
2. แรกของเดือนกันยายน หนังสือพิมพ์การศึกษาและระเบียบวิธี ()

วัตถุประสงค์ของบทเรียน: ค้นหาความหมายของแนวคิด ให้คำจำกัดความ พิจารณาผลกระทบของพลังงาน ความสัมพันธ์บางส่วน เงื่อนไขสำหรับความแตกต่างเส้นทาง แนะนำนักเรียนให้รู้จักวิธีการรับระบบคลื่นต่อเนื่องกัน อธิบายเงื่อนไขในการสังเกตการรบกวนของแสง

แสงเป็นกระแสคลื่น ดังนั้นควรสังเกตปรากฏการณ์การรบกวนของแสงเช่น ได้รับแสงสว่างสูงสุดและต่ำสุดสลับกัน อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รูปแบบการรบกวนโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงที่แยกจากกันสองแหล่ง เรามาดูกันว่าเพราะเหตุใด? เพื่อให้ได้รูปแบบการรบกวนที่เสถียร จำเป็นต้องมีคลื่นสม่ำเสมอ ต้องมีความยาวเท่ากันและมีความต่างเฟสคงที่ที่จุดใดก็ได้ในอวกาศ เช่น มีความสอดคล้องกัน

การรบกวนของคลื่นแสงคือการเพิ่มคลื่นที่ต่อเนื่องกันสองคลื่น ซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของการสั่นของแสงที่เกิดขึ้นที่จุดต่าง ๆ ในอวกาศ คลื่นต่อเนื่องกันคือคลื่นที่มีความถี่เท่ากันและมีความต่างเฟสที่คงที่ตลอดเวลา ถาม คุณสังเกตเห็นรูปแบบการรบกวนหลายครั้งเมื่อคุณสนุกกับการเป่าฟองสบู่

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Thomas Young เป็นคนแรกที่เกิดความคิดที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการอธิบายสีของฟิล์มบางโดยการเพิ่มคลื่น ซึ่งหนึ่งในนั้นสะท้อนจากพื้นผิวด้านนอกของฟิล์มและ อื่น ๆ จากภายใน ในกรณีนี้เกิดการรบกวนของคลื่นแสง ผลของการรบกวนขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบของแสงบนฟิล์ม ความหนา และความยาวคลื่น การขยายแสงจะเกิดขึ้นหากคลื่นหักเหล่าช้าหลังคลื่นสะท้อนตามจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม ถ้าคลื่นลูกที่สองช้ากว่าคลื่นลูกแรกประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นหรือเลขคี่ของครึ่งคลื่น แสงก็จะอ่อนลง นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Thomas Young เป็นคนแรกที่เกิดความคิดที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการอธิบายสีของฟิล์มบางโดยการเพิ่มคลื่น ซึ่งหนึ่งในนั้นสะท้อนจากพื้นผิวด้านนอกของฟิล์มและ อื่น ๆ จากภายใน ในกรณีนี้เกิดการรบกวนของคลื่นแสง ผลของการรบกวนขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบของแสงบนฟิล์ม ความหนา และความยาวคลื่น การขยายแสงจะเกิดขึ้นหากคลื่นหักเหล่าช้าหลังคลื่นสะท้อนตามจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม ถ้าคลื่นลูกที่สองช้ากว่าคลื่นลูกแรกประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นหรือเลขคี่ของครึ่งคลื่น แสงก็จะอ่อนลง

สภาวะสูงสุด: หากความแตกต่างในเส้นทางของคลื่นสองลูกที่กระตุ้นการแกว่ง ณ จุดนี้ เท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่น Δd = k แลมบ์ดา, k =0,1,2,3,... - คลื่นจะเสริมแรงแต่ละคลื่น อย่างอื่น Δd คือความแตกต่างในเส้นทางของรังสี เงื่อนไขขั้นต่ำ: ถ้าความแตกต่างในเส้นทางของคลื่นทั้งสองที่กระตุ้นการแกว่ง ณ จุดนี้ เท่ากับจำนวนคี่ของครึ่งคลื่น Δd =(2k+1) แล/ 2, k =0,1,2,3,... -คลื่นจะหักล้างกัน

ทำไมฟองสบู่บางฟองจึงมีสีรุ้ง ในขณะที่บางฟองไม่มี? ในตอนแรกฟิล์มจะไม่มีสีเนื่องจากมีความหนาเท่ากันโดยประมาณ จากนั้นสารละลายจะค่อยๆไหลลงมา เนื่องจากความหนาที่แตกต่างกันของฟิล์มที่มีความหนาด้านล่างและฟิล์มบางด้านบน สีรุ้งจึงปรากฏขึ้น ในตอนแรกฟิล์มจะไม่มีสีเนื่องจากมีความหนาเท่ากันโดยประมาณ จากนั้นสารละลายจะค่อยๆไหลลงมา เนื่องจากความหนาที่แตกต่างกันของฟิล์มที่มีความหนาด้านล่างและฟิล์มบางด้านบน สีรุ้งจึงปรากฏขึ้น ความสงสัย ความศรัทธา ความเร่าร้อนในกิเลสตัณหาในการดำรงชีวิต เกมฟองสบู่: อันนั้นเปล่งประกายราวกับสายรุ้งอันนี้เป็นสีเทาและกระจัดกระจายไปหมดนี่คือชีวิตของผู้คน

ความหนาของฟิล์มฟองสบู่ เพื่อให้ส่วนของผนังฟองสบู่มองเห็นเป็นเส้นบางๆ จำเป็นต้องขยายเวลา โดยเมื่อขยายเท่ากัน ขนจะมีความหนามากกว่า 2 ม. เพื่อให้ส่วนของผนังฟองสบู่มองเห็นเป็นเส้นบาง ๆ จำเป็นต้องขยายเวลา โดยที่มีการขยายเท่ากัน ผมจะมีความหนามากกว่า 2 ม. ที่ ด้านบน - ตาเข็ม เส้นผมมนุษย์ บาซิลลัส และด้ายแมงมุม ขยาย 200 เท่า ด้านล่างคือแบคทีเรียและความหนาของฟิล์มสบู่ที่ขยายหลายเท่า 1 μ=0.0001 ซม.

คลื่นที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านนอกและด้านในของฟิล์มมีความสอดคล้องกัน เป็นส่วนหนึ่งของลำแสงเดียวกัน รถไฟคลื่นจากแต่ละอะตอมที่เปล่งออกมาจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนด้วยฟิล์ม จากนั้นส่วนเหล่านี้จะถูกนำมารวมกันและรบกวน ความแตกต่างของสีเกิดจากความแตกต่างของความยาวคลื่น ลำแสงที่มีสีต่างกันสอดคล้องกับคลื่นที่มีความยาวต่างกัน ในการขยายคลื่นที่มีความยาวต่างกัน จำเป็นต้องใช้ความหนาของฟิล์มที่แตกต่างกัน เพราะ ฟองสบู่มีฟิล์มที่มีความหนาไม่เท่ากัน เมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีขาว สีต่างๆ จะปรากฏขึ้น โทมัส ยังเป็นคนแรกที่ได้ข้อสรุปนี้ ปรากฏการณ์การรบกวนไม่เพียงแต่พิสูจน์ว่าแสงมีคุณสมบัติเป็นคลื่นเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เราสามารถวัดความยาวคลื่นของแสงได้อีกด้วย ปรากฏการณ์การรบกวนของแสงพบได้หลากหลาย การใช้งานจริง. การใช้ปรากฏการณ์นี้ทำให้สามารถวัดดัชนีการหักเหของก๊าซและสารอื่นๆ ทำการวัดขนาดเชิงเส้นได้อย่างแม่นยำ และควบคุมคุณภาพการเจียรและการขัดพื้นผิว

แก้ไขปัญหาได้ในบทที่ 1 อะไรอธิบายสีรุ้งของฟิล์มน้ำมันบางๆ ได้ 2. ทำไมน้ำมันชั้นหนาจึงไม่มีสีรุ้ง? 3. เป็นไปได้หรือไม่ที่จะสังเกตการรบกวนของแสงจากพื้นผิวทั้งสองของหน้าต่าง? 4. อธิบายลักษณะของสีรุ้งบนพื้นผิวฟองสบู่ 5. รังสีที่เชื่อมโยงกันซึ่งมีความแตกต่างของเส้นทางแสง 2 μm มาถึงจุดหนึ่งในอวกาศ พิจารณาว่าแสง ณ จุดนี้จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงหากมีรังสีสีม่วงที่มีความยาวคลื่น 400 นาโนเมตรมาถึง (คำตอบ: จะเพิ่มขึ้น)

แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันสองแหล่งส่งแสงที่ความยาวคลื่น 550 นาโนเมตรไปยังหน้าจอ ทำให้เกิดรูปแบบการรบกวนบนหน้าจอ แหล่งกำเนิดจะแยกออกจากกัน 2.2 มม. และจากหน้าจอ 2.2 ม. กำหนดสิ่งที่จะสังเกตเห็นบนหน้าจอที่จุด O - การดับหรือทำให้แสงเข้มข้นขึ้น (หาความแตกต่างในเส้นทางของรังสี) วิธีแก้ปัญหา: เพื่อตอบคำถามของปัญหา จำเป็นต้องทราบความแตกต่างในเส้นทางของรังสี ในกรณีนี้ ความแตกต่างทางแสงในเส้นทางของรังสีเท่ากับความแตกต่างทางเรขาคณิต (รังสีแพร่กระจายในตัวกลาง - อากาศเดียว): =S 2 D=S 2 O-S 1 O=L จากรูปสามเหลี่ยม S 1 OS 2 เรา กำหนด S 2 O: S 2 O= L 2 + d 2 = L 1+(d/L) 2. เมื่อพิจารณาว่าค่า d/L มีค่าน้อยเมื่อเทียบกับ L จึงสามารถใช้สูตรคำนวณโดยประมาณได้ (1±a 2 =1±1/2a 2):S 2 O = L(1+1/2(d/L) 2) จากนั้น =L(1+ 1/2d 2 /L 2 – 1) = d 2 /2L; =(2.2*10 -3 m) 2 /2*2.2 m =1.1 *10 -6 m ที่จุด O จะมีค่าเกนสูงสุดถ้าความแตกต่างของเส้นทางสอดคล้องกับจำนวนเต็มของคลื่น เช่น เค = 1,2,3,…. k = / แล = 2 คำตอบ ที่จุด O แสงจะเข้มขึ้น (จะมีแถบแสง) การรวมบัญชี ในตอนท้ายของบทเรียน เราจะแสดงการทดลองเกี่ยวกับการรบกวน คลื่นเสียง. เราวางเครื่องกำเนิดเสียงไว้บนโต๊ะสาธิต ซึ่งเราเชื่อมต่อลำโพงที่เหมือนกันสองตัวซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดเสียง ที่ระยะห่างประมาณ 1 ม. เราวางไมโครโฟนและออสซิลโลสโคปแบบอิเล็กทรอนิกส์ ก่อนอื่นเราวางไมโครโฟนให้ห่างจากลำโพงเท่ากัน เมื่อเปิดเสียงเราจะสังเกตเห็นสัญญาณของแอมพลิจูดที่สำคัญบนหน้าจอออสซิลโลสโคป เมื่อย้ายไมโครโฟนไปตามเส้นขนานกับลำโพง เราจะสังเกตเห็นการอ่อนตัวลงและแอมพลิจูดของสัญญาณเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่าไมโครโฟนผ่านการรบกวนขั้นต่ำและค่าสูงสุดที่ตามมา

ย. เกกูซิน

ข้อความที่ตัดตอนมาจากหนังสือ: Geguzin Ya. E. Bubbles - Dolgoprudny: สำนักพิมพ์ "สติปัญญา", 2014.

วิทยาศาสตร์กับชีวิต // ภาพประกอบ

แผนภาพอธิบายลักษณะของจุดด่างดำในสีของฟิล์มบางๆ

เมื่อใดก็ตามที่ผู้คนคิดถึงฟองสบู่ บทสนทนามักจะพูดถึงสีของพวกเขา หรือที่เจาะจงมากขึ้นก็คือเกี่ยวกับสีของพวกเขา หรือที่เจาะจงมากขึ้นก็คือเกี่ยวกับสีของพวกเขา ดังนั้น S. Ya. Marshak ในบทกวีของเขาชื่นชมสีของฟอง:

ไหม้เหมือนหางนกยูง
มันไม่มีสีอะไร?
ม่วง, แดง, น้ำเงิน,
สีเขียว, สีเหลือง.
และอีกเล็กน้อย:
แสงสว่างในพื้นที่เปิดโล่ง
มีการเล่นลูกบอลแสง
แล้วทะเลก็กลายเป็นสีฟ้า
มีไฟลุกอยู่ในนั้น

เพื่อความสุขของ Marshak บางทีเราแต่ละคนสามารถเพิ่มของเราเองบางทีอาจจะไม่ใช่บทกวี แต่เป็นร้อยแก้ว

สาเหตุของฟองสบู่ที่ปรากฏสีคืออะไร?

ประการแรก ประวัติโดยย่อของปัญหา ถ่ายทอดฟิสิกส์แห่งศตวรรษที่ 18 ศตวรรษที่ 19สืบทอดความคิดที่ขัดแย้งกันเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง แนวคิดเกี่ยวกับแสง "คอร์ปัสเคิล" ซึ่งเป็นการไหลของอนุภาคสมมุติ - คอร์ปัสเคิลกลับไปสู่นิวตัน นิวตันเชื่อว่าเมื่ออนุภาคกระทบกับเรตินาของดวงตา พวกมันจะกระตุ้นความรู้สึกของแสง คอร์ปัสสเคิลขนาดเล็กสร้างความรู้สึกของสีม่วง และคอร์ปัสสเคิลขนาดใหญ่สร้างความรู้สึกของสีแดง แนวคิดเหล่านี้ แม้จะอธิบายรูปแบบการแพร่กระจายของแสงบางรูปแบบ แต่ก็ไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์มากมายหลายอย่าง ซึ่งในจำนวนนี้คือการรบกวนของแสง

แนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของคลื่นแสงย้อนกลับไปที่ Grimaldi, Hooke และ Huygens นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Francesco Grimaldi ซึ่งเป็นเด็กร่วมสมัยของนิวตันเปรียบเทียบการแพร่กระจายของแสงกับการแพร่กระจายของคลื่นในน้ำ

เราจำช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างศตวรรษที่ 18 ถึง 19 ได้อย่างแม่นยำเพราะหนึ่งในนั้น นักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด- โทมัส ยัง ผู้ซึ่งการวิจัยของเขาได้ยืนยันแนวคิดเกี่ยวกับคลื่นของแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการอธิบายอาการของการรบกวนทุกประเภท และคำว่า "การแทรกแซง" เองก็ถูกนำมาใช้ในวิทยาศาสตร์เป็นครั้งแรกโดยจุง

เขาเป็นคนที่มีพรสวรรค์หลากหลายด้านที่ไม่มีใครเทียบได้และมีความสนใจในการสร้างสรรค์อันไร้ขอบเขต แต่บางทีความสำเร็จที่สำคัญที่สุดของเขาอาจเกี่ยวข้องกับการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของคลื่นแสงและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์การรบกวนและสีของฟิล์มบาง นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Domenic Arago เขียนเกี่ยวกับ Thomas Young:“ การค้นพบที่มีค่าที่สุดของ Dr. Young ซึ่งได้รับการกำหนดให้ชื่อของเขาเป็นอมตะตลอดไปได้รับแรงบันดาลใจจากวัตถุที่ดูเหมือนจะไม่มีนัยสำคัญมาก: ฟองสบู่ที่สว่างและเบามากเหล่านั้น ซึ่งแทบจะหลุดออกมาจากฟางข้าวของเด็กนักเรียนเลย กลายมาเป็นของเล่นของการเคลื่อนไหวทางอากาศที่มองไม่เห็นมากที่สุด”

หลังจากได้แสดงความเคารพต่อบทกวี ความเพลิดเพลิน และประวัติศาสตร์แล้ว เรามาดูฟิสิกส์และพูดคุยเกี่ยวกับ "ทัศนศาสตร์ของฟองสบู่" กันดีกว่า ผู้อ่านรู้ดีว่าการแพร่กระจายของแสงเป็นกระบวนการของคลื่น และคลื่นเอกรงค์ที่แพร่กระจายนั้นมีความยาวคลื่นที่แน่นอน γ0 เป็นที่ทราบกันดีว่าลำแสงสะท้อนจากส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสองและหักเหผ่านขอบเขตนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าสีขาวที่เรียกว่าเป็นส่วนผสมของรังสีเอกซ์โครมาติกหลายสีตั้งแต่สีแดงไปจนถึงสีม่วง ความยาวคลื่นของรังสีสีแดงจะยาวกว่ารังสีสีม่วง และสุดท้าย เป็นที่ทราบกันดีว่าในระหว่างการเปลี่ยนจากความว่างเปล่าไปเป็นสารของฟิล์ม ความยาวคลื่น λ0 จะเปลี่ยนและกลายเป็นเท่ากับ γw ปริมาณ n = แลมบ์ดา/แลมบ์เรียกว่าดัชนีการหักเหของแสง

ทีนี้ ให้เราส่งแสงสีเดียว ความยาวคลื่น แลมโบ้ ที่มุมหนึ่ง i ลงบนพื้นผิวของฟิล์มบางที่มีความหนา h นี่คือสิ่งที่จะเกิดขึ้น: รังสีแสงจะสะท้อนจากพื้นผิวของฟิล์มบางส่วนและบางส่วนหักเหที่มุม r จะเข้าสู่ปริมาตร สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวด้านล่างของฟิล์ม นั่นคือ การหักเหและการสะท้อน ลำแสงที่สะท้อนจะกลับสู่พื้นผิวด้านบน สะท้อนและหักเห และบางส่วนจะออกมาจากฟิล์ม ซึ่งมันจะไปพบกับรังสีหนึ่งของลำแสงปฐมภูมิที่ตกกระทบ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นที่จุด C ประเด็นนี้เป็นที่สนใจของเราเป็นหลัก

ที่จุด C รังสีสองดวงมาบรรจบกันซึ่งเกิดจากแหล่งกำเนิดเดียวกัน แต่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ต่างกัน กล่าวกันว่ารังสีดังกล่าวมีความ “สอดคล้องกัน” ของพวกเขา คุณสมบัติที่โดดเด่นคือความแตกต่างของเฟสระหว่างการแกว่งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ธรรมชาติของอันตรกิริยาของรังสีเหล่านี้ที่จุด C ถูกกำหนดโดยความแตกต่างในเส้นทางที่รังสีเหล่านี้เดินทางก่อนที่จะมาถึงจุดนี้ ความแตกต่างเส้นทางนี้เรียกว่าความแตกต่างเส้นทางแสง ∆ จากการคำนวณและคำจำกัดความง่ายๆ n = sin i/ sin r จะได้ดังนี้

∆ = 2hn cos r

เรามาถึงความสำเร็จที่สำคัญที่สุดของ Thomas Young แล้ว เขาดึงความสนใจไปที่ข้อเท็จจริงที่ว่าหากเงื่อนไข ∆ = kแล0/2 (k เป็นจำนวนเต็ม) อาจเกิดเอฟเฟกต์ที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญสองประการ: หาก k เป็นเลขคู่ คลื่นจะเสริมกำลังซึ่งกันและกัน และหากเป็นเลขคี่ พวกเขาจะอ่อนแอลงหรือแม่นยำยิ่งขึ้นพวกเขาจะดับไฟซึ่งกันและกัน

พลังของแนวคิดพื้นฐานของกลไกการรบกวนตามที่จุงกล่าวไว้นั้นน่าทึ่งมาก ซึ่งอธิบายความเป็นจริงของการทดลองที่น่าทึ่งได้อย่างเป็นธรรมชาติ แสงเมื่อรวมกับแสงจะทำให้เกิดความมืด! สำหรับผู้อ่านบางคนอาจดูเหมือนมีบางสิ่งที่ไม่น่าพึงพอใจในผลลัพธ์ที่ได้รับ เนื่องจากการปรากฏตัวของความมืดหมายถึงการหายไปของพลังงาน และสิ่งนี้ไม่ควรเกิดขึ้นอย่างแน่นอน ในความเป็นจริง นี่ไม่ได้หมายความว่า เนื่องจากพลังงานไม่หายไปในระหว่างกระบวนการรบกวน พลังงานจึงถูกกระจายออกไป โดยสะสมตรงที่ลำแสงสองลำเสริมกำลังซึ่งกันและกัน

จากสูตรที่กำหนด ∆ เราสามารถเข้าใจได้มากเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่า "ทัศนศาสตร์ฟองสบู่" ในสูตรที่ มูลค่าที่กำหนด n เชื่อมต่อเข้าด้วยกันด้วยความยาวคลื่นแสง γ0 ความหนาของฟิล์ม h และมุม r ดังนั้นมุมตกกระทบของลำแสงบนฟิล์ม i สมมติว่าลำแสงสีขาวตกลงบนพื้นผิวของฟองที่เกิดจากฟิล์มที่มีความหนาคงที่ และลำแสงกระทบกับส่วนต่างๆ ของพื้นผิวของฟองในมุมที่ต่างกัน ซึ่งหมายความว่าภายใต้สภาวะที่มีการขยายลำแสงสะท้อน รังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะลดลง และส่วนต่างๆ ของฟองอากาศจะเรืองแสงเป็นสีรุ้งที่แตกต่างกัน ได้แก่ สีม่วง แดง น้ำเงิน เขียว เหลือง สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยเหตุผลอื่น: ส่วนต่างๆ ของฟิล์มฟองเปลี่ยนความหนาเมื่อเวลาผ่านไป (ตอนนี้ h กำลังเปลี่ยนแปลง) และนั่นคือสาเหตุที่ “ทะเลเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินหรือมีไฟอยู่ในนั้น” หากคุณมองดูฟองสบู่อย่างใกล้ชิด คุณจะมองเห็นการไหลของของเหลวที่เปลี่ยนสีได้อย่างชัดเจน

จากรุ่นก่อนๆ มากมาย เราสามารถทำการทดลองเกี่ยวกับการแทรกสอดของฟิล์มสบู่ได้ภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกับสภาวะที่ส่วนต่างๆ ของฟิล์มฟองสบู่ตั้งอยู่ ความจริงก็คือในฟองสบู่มักมีพื้นที่ซึ่งภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของเหลวจะเคลื่อนลงด้านล่างดังนั้นความหนาของฟิล์มจึงเปลี่ยนไปและเมื่อสีเปลี่ยนไป

นี่คือประสบการณ์ ฟิล์มเรียบบนเฟรมวางอยู่ในแนวตั้ง เมื่อเวลาผ่านไป มันจะมีรูปร่างเป็นลิ่ม: ด้านบนบางลง, หนาขึ้นที่ด้านล่าง สีของมันเป็นลายทางหลายสีเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ดูเหมือนลอยไปตามการไหลของของเหลว

เพื่อจบเรื่องราวเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ของฟองสบู่ จำเป็นต้องพูดถึงแถบสีดำและจุดในสีของฟองสบู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะมองเห็นได้ชัดเจนเมื่อฟองสบู่เหลือเวลาอยู่เพียงไม่กี่นาที

เรามาลองทำความเข้าใจสาเหตุทางกายภาพของการปรากฏตัวของจุดดำ โดยจำไว้ว่า ขณะพูดคุยถึงความแตกต่างทางแสงในเส้นทางของรังสีในฟิล์มบาง ∆ เราก็เงียบไปประมาณหนึ่งรายละเอียดในปฏิสัมพันธ์ของแสงกับฟิล์ม รายละเอียดนี้ไม่สำคัญมากนักเมื่อฟิล์มมีความหนา (h ≥ lam0) และไม่สามารถละเลยได้เมื่อฟิล์มบาง (h<< λ0). Дело в том, что, как оказывается, отражение луча от границ воздух-плёнка и плёнка-воздух происходит так, что оптическая разность хода при этом скачком изменяется на половину длины волны. В соответствующем разделе теоретической оптики это обстоятельство доказывается математически строго. Известны, однако, совсем простые рассуждения английского физика Джорджа Стокса, отчётливо объясняющие это явление. Приведём его рассуждения. Если направление распространения луча, отражённого от границы воздух-плёнка (BD), и луча, преломлённого в ней (ВС), обратить, они должны образовать луч (ВА), равный по интенсивности и направленный противоположно первичному лучу (АВ). Это утверждение справедливо, оно попросту отражает закон сохранения энергии. Обращённые лучи СВ и DB, вообще говоря, могли бы образовать ещё луч (BE). Он, однако, отсутствует, это - экспериментальный факт. Следовательно, в его создание лучи СВ и DB вносят вклад в виде лучей, которые равны по интенсивности, но смещены по отношению друг к другу на половину длины волны и поэтому гасят друг друга. Если к сказанному добавить, что один из этих лучей испытывал отражение от границы воздух-плёнка, а другой - от границы плёнка-воздух, то станет ясно, что происходит дополнительный скачок ∆ = λ0/2 при отражении от границ между воздухом и плёнкой.

กลับมาที่จุดดำและลายอีกครั้ง หากความหนาของฟิล์มมีขนาดเล็กมากจนความแตกต่างของเส้นทางแสงซึ่งคำนวณโดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียครึ่งหนึ่งของคลื่นจากการสะท้อนจากส่วนต่อประสานของฟิล์มอากาศ ปรากฏว่ามีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น ดังนั้นการรบกวนจะเป็น พิจารณาจากความจริงที่ว่ารังสีถูกเลื่อนไปครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นนั่นคือพวกมันจะหักล้างกัน และนั่นหมายความว่ามีสีดำปรากฏบนแผ่นฟิล์ม

ตรรกะทั้งหมดของเรื่องราวเกี่ยวกับจุดด่างดำบนฟองสบู่สามารถย้อนกลับได้ และสามารถระบุได้ดังต่อไปนี้ สีดำของฟิล์มบางมากเป็นเรื่องจริง! ดังนั้น เมื่อลำแสงสองลำถูกสะท้อนจากขอบเขตของฟิล์มอากาศและขอบเขตของฟิล์ม-อากาศ ความแตกต่างของเส้นทางแสงเพิ่มเติมเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นควรเกิดขึ้นระหว่างลำแสงเหล่านั้น นี่ไม่ใช่เส้นทางจากตรรกะไปสู่การทดลอง แต่จากการทดลองไปสู่ตรรกะ ทั้งสองเส้นทางถูกกฎหมายและเสริมซึ่งกันและกัน

เราได้รับการแนะนำให้รู้จักกับแนวคิดที่ทุกวันนี้ดูเหมือนเกือบจะปรากฏชัดในตัวเอง แต่ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 ในสมัยของโธมัส ยัง เป็นการเปิดเผยที่น่าทึ่ง ท้ายที่สุด ลองคิดดู: แสงสว่างเมื่อเพิ่มเข้าไปในความสว่างจะทำให้เกิดความมืด!

ข้อมูลเกี่ยวกับหนังสือจากสำนักพิมพ์ Intellect อยู่บนเว็บไซต์ www.id-intellect.ru

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 13

เรื่อง: “การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง”

เป้าหมายของงาน:ศึกษาปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนเชิงทดลอง

อุปกรณ์:หลอดไฟฟ้าที่มีไส้หลอดตรง (หนึ่งหลอดต่อคลาส) แผ่นแก้วสองแผ่น หลอดแก้ว แก้วที่มีสารละลายสบู่ วงแหวนลวดที่มีด้ามจับเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 มม. ซีดี คาลิปเปอร์ ผ้าไนลอน

ทฤษฎี:

การรบกวนเป็นลักษณะปรากฏการณ์ของคลื่นในลักษณะใด ๆ : เครื่องกล, แม่เหล็กไฟฟ้า

การรบกวนของคลื่น – นอกจากนี้ในปริภูมิของคลื่นสองลูก (หรือหลายลูก) ซึ่ง ณ จุดต่างๆ คลื่นผลลัพธ์จะแข็งแกร่งขึ้นหรืออ่อนลง.

โดยทั่วไปการรบกวนจะสังเกตได้เมื่อคลื่นที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงเดียวกันซ้อนทับกันและมาถึง จุดนี้ในทางที่แตกต่าง. เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับรูปแบบการรบกวนจากแหล่งอิสระสองแห่งเพราะว่า โมเลกุลหรืออะตอมจะปล่อยแสงออกมาเป็นขบวนคลื่นที่แยกจากกันโดยเป็นอิสระจากกัน อะตอมปล่อยชิ้นส่วนของคลื่นแสง (ขบวนรถไฟ) ซึ่งมีระยะการสั่นแบบสุ่ม รถไฟมีความยาวประมาณ 1 เมตร รถไฟคลื่นของอะตอมต่างๆ ซ้อนทับกัน แอมพลิจูดของการแกว่งที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงอย่างโกลาหลเมื่อเวลาผ่านไปอย่างรวดเร็วจนดวงตาไม่มีเวลารับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบนี้ ดังนั้นบุคคลจึงเห็นพื้นที่นั้นได้รับแสงสว่างสม่ำเสมอ ในการสร้างรูปแบบการรบกวนที่เสถียร จำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดคลื่นที่สอดคล้องกัน (ที่ตรงกัน)

สอดคล้องกัน คลื่นที่มีความถี่เท่ากันและมีความต่างเฟสคงที่เรียกว่า

แอมพลิจูดของการกระจัดที่เกิดขึ้นที่จุด C ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในเส้นทางคลื่นที่ระยะห่าง d2 – d1

สภาพสูงสุด

, (∆d=d 2 -d 1 )

ที่ไหน เค=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นเท่ากับจำนวนครึ่งคลื่นคู่)

คลื่นจากแหล่ง A และ B จะมาถึงจุด C ในเฟสเดียวกันและ "เสริมกำลังซึ่งกันและกัน"

φ A =φ B - ขั้นตอนการสั่น

Δφ=0 - ความแตกต่างของเฟส

A=2X สูงสุด

สภาพขั้นต่ำ

, (∆d=d 2 -d 1)

ที่ไหน เค=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(ผลต่างของเส้นทางคลื่นเท่ากับจำนวนคี่ของครึ่งคลื่น)

คลื่นจากแหล่ง A และ B จะมาถึงจุด C ในแอนติเฟสและ "ยกเลิกซึ่งกันและกัน"

φ A ≠φ B - ขั้นตอนการสั่น

Δφ=π - ความแตกต่างของเฟส

ก=0 – ความกว้างของคลื่นที่เกิดขึ้น

รูปแบบการรบกวน– การสลับพื้นที่ที่มีความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นและลดลงอย่างสม่ำเสมอ

การรบกวนของแสง– การกระจายพลังงานของการแผ่รังสีแสงเชิงพื้นที่เมื่อมีการซ้อนคลื่นแสงตั้งแต่สองคลื่นขึ้นไป

เนื่องจากการเลี้ยวเบน แสงจึงเบี่ยงเบนไปจากการแพร่กระจายเชิงเส้น (เช่น ใกล้ขอบสิ่งกีดขวาง)

การเลี้ยวเบน – ปรากฏการณ์การเบี่ยงเบนของคลื่นจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านรูเล็กๆ และคลื่นโค้งงอรอบๆ สิ่งกีดขวางเล็กๆ.

สภาพการเลี้ยวเบน: ง< λ , ที่ไหน ง– ขนาดของสิ่งกีดขวาง λ - ความยาวคลื่น ขนาดของสิ่งกีดขวาง (รู) จะต้องเล็กกว่าหรือเทียบเคียงกับความยาวคลื่นได้

การดำรงอยู่ของปรากฏการณ์นี้ (การเลี้ยวเบน) จำกัดขอบเขตการประยุกต์ใช้กฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต และเป็นเหตุผลในการจำกัดความละเอียดของเครื่องมือทางแสง

ตะแกรงเลี้ยวเบน– อุปกรณ์เชิงแสงที่เป็นโครงสร้างคาบขององค์ประกอบจำนวนมากที่จัดเรียงเป็นประจำซึ่งเกิดการเลี้ยวเบนของแสง สโตรคที่มีโปรไฟล์เฉพาะและคงที่สำหรับตะแกรงการเลี้ยวเบนที่กำหนดจะถูกทำซ้ำในช่วงเวลาเดียวกัน ง(ช่วงขัดแตะ) ความสามารถของตะแกรงเลี้ยวเบนเพื่อแยกลำแสงที่ตกกระทบตามความยาวคลื่นเป็นคุณสมบัติหลัก มีตะแกรงเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสงและโปร่งใส เครื่องมือสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ตะแกรงการเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสง.

เงื่อนไขในการสังเกตการเลี้ยวเบนสูงสุด:

d·ซินφ=k·แล, ที่ไหน เค=0; ± 1; ± 2; ± 3; ง- ระยะเวลาขัดแตะ , φ - มุมที่สังเกตค่าสูงสุดและ λ - ความยาวคลื่น.

จากสภาวะสูงสุดเป็นไปตามนั้น บาปφ=(k แลมบ์ดา)/d.

ให้ k=1 แล้ว ซินφcr = γcr/dและ บาปφ ฉ = แล ฉ /ง.

เป็นที่ทราบกันว่า แลมซี >เลฟ ฉ,เพราะฉะนั้น ซินφ cr>ซินφ ฉ. เพราะ ย= ซินφ ฉ - ฟังก์ชั่นก็เพิ่มขึ้นแล้ว φ cr >φ ฉ

ดังนั้นสีม่วงในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนจึงตั้งอยู่ใกล้กับศูนย์กลางมากขึ้น

ในปรากฏการณ์ของการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงจะปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน. ในพื้นที่รบกวน พลังงานแสงจะถูกกระจายซ้ำเท่านั้นโดยไม่ถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่น การเพิ่มขึ้นของพลังงานในบางจุดของรูปแบบการรบกวนที่สัมพันธ์กับพลังงานแสงทั้งหมดจะได้รับการชดเชยด้วยการลดลงที่จุดอื่นๆ (พลังงานแสงทั้งหมดคือพลังงานแสงของลำแสงสองลำจากแหล่งที่เป็นอิสระ) แถบสีอ่อนสอดคล้องกับพลังงานสูงสุด แถบสีเข้มสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำ

ความคืบหน้า:

ประสบการณ์ 1.จุ่มวงแหวนลวดลงในสารละลายสบู่ วงแหวนลวดจะเกิดฟิล์มสบู่

วางไว้ในแนวตั้ง เราสังเกตเห็นแถบแนวนอนสีอ่อนและสีเข้มที่เปลี่ยนความกว้างเมื่อความหนาของฟิล์มเปลี่ยนไป

คำอธิบาย.ลักษณะของแถบแสงและสีเข้มอธิบายได้จากการรบกวนของคลื่นแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวของฟิล์ม สามเหลี่ยม d = 2h ความแตกต่างในเส้นทางของคลื่นแสงเท่ากับสองเท่าของความหนาของฟิล์มเมื่อวางในแนวตั้ง ฟิล์มจะมีรูปทรงลิ่ม ความแตกต่างในเส้นทางของคลื่นแสงในส่วนบนจะน้อยกว่าในส่วนล่าง ในสถานที่เหล่านั้นของภาพยนตร์ซึ่งความแตกต่างของเส้นทางเท่ากับจำนวนคลื่นครึ่งคลื่นคู่ จะสังเกตเห็นแถบแสง และด้วยจำนวนครึ่งคลื่นคี่ - แถบสีเข้ม มีการอธิบายการจัดเรียงแถบแนวนอน การจัดเรียงแนวนอนเส้นที่มีความหนาของฟิล์มเท่ากัน

เราส่องสว่างฟิล์มสบู่ด้วยแสงสีขาว (จากหลอดไฟ) เราสังเกตว่าแถบแสงมีสีเป็นสีสเปกตรัม ได้แก่ สีฟ้าที่ด้านบน สีแดงที่ด้านล่าง

คำอธิบาย.การระบายสีนี้อธิบายได้จากการขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแถบแสงกับความยาวคลื่นของสีที่ตกกระทบ

นอกจากนี้เรายังสังเกตด้วยว่าแถบที่ขยายและรักษารูปร่างจะเคลื่อนลงด้านล่าง

คำอธิบาย.สิ่งนี้อธิบายได้จากความหนาของฟิล์มที่ลดลง เนื่องจากสารละลายสบู่ไหลลงมาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง

ประสบการณ์ 2. ใช้หลอดแก้วเป่าฟองสบู่แล้วตรวจดูอย่างระมัดระวังเมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีขาว ให้สังเกตการก่อตัวของวงแหวนรบกวนสีซึ่งมีสีเป็นสีสเปกตรัม ขอบด้านบนของวงแหวนไฟแต่ละวงมี สีฟ้า,อันล่างเป็นสีแดง เมื่อความหนาของฟิล์มลดลง วงแหวนที่ขยายตัวก็จะค่อยๆ เคลื่อนลงด้านล่างเช่นกัน รูปร่างรูปวงแหวนอธิบายได้ด้วยเส้นรูปวงแหวนที่มีความหนาเท่ากัน

ตอบคำถาม:

1. ทำไมฟองสบู่จึงมีสีรุ้ง?
2. แถบสีรุ้งมีรูปร่างอย่างไร?
3. ทำไมสีของฟองอากาศถึงเปลี่ยนตลอดเวลา?

ประสบการณ์ 3.เช็ดแผ่นกระจกทั้งสองแผ่นให้สะอาด วางซ้อนกันแล้วใช้นิ้วกดเข้าด้วยกัน เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสมีรูปทรงที่ไม่สมบูรณ์ จึงเกิดช่องว่างอากาศบางๆ ขึ้นระหว่างแผ่นเปลือกโลก

เมื่อแสงสะท้อนจากพื้นผิวของแผ่นเปลือกโลกที่ก่อให้เกิดช่องว่าง แถบสีรุ้งสดใสจะปรากฏขึ้น - เป็นรูปวงแหวนหรือ รูปร่างไม่สม่ำเสมอ. เมื่อแรงอัดแผ่นเปลี่ยนแปลง ตำแหน่งและรูปร่างของแถบจะเปลี่ยน วาดภาพที่คุณเห็น.

คำอธิบาย:พื้นผิวของแผ่นต้องไม่เรียบสนิท ดังนั้นจึงสัมผัสได้เพียงไม่กี่จุดเท่านั้น ลิ่มอากาศที่บางที่สุดเกิดขึ้นรอบๆ สถานที่เหล่านี้ รูปทรงต่างๆโดยให้รูปแบบการรบกวน ในแสงที่ส่องผ่าน สภาวะสูงสุดคือ 2h=kl

ตอบคำถาม:

1. เหตุใดจึงพบแถบรูปวงแหวนสีรุ้งสดใสหรือมีรูปร่างผิดปกติในบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกสัมผัสกัน
2. เหตุใดรูปร่างและตำแหน่งของขอบสัญญาณรบกวนจึงเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของความดัน

ประสบการณ์ 4.มองอย่างระมัดระวังที่พื้นผิวของซีดี (ที่ใช้บันทึก) จากมุมต่างๆ

คำอธิบาย: ความสว่างของสเปกตรัมการเลี้ยวเบนขึ้นอยู่กับความถี่ของร่องที่กระทบกับจานและมุมตกกระทบของรังสี รังสีที่เกือบขนานกันที่ตกกระทบจากไส้หลอดไฟจะสะท้อนจากส่วนนูนที่อยู่ติดกันระหว่างร่องที่จุด A และ B รังสีที่สะท้อนเป็นมุม เท่ากับมุมตกลงมาเกิดภาพไส้หลอดเป็นเส้นสีขาว รังสีที่สะท้อนในมุมอื่นๆ จะมีเส้นทางที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มคลื่น

คุณกำลังสังเกตอะไรอยู่? อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ อธิบายรูปแบบการรบกวน

พื้นผิวของแผ่นซีดีมีลักษณะเป็นรางเกลียวซึ่งมีระยะห่างตามความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้ ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนและการรบกวนเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่มีโครงสร้างละเอียด แสงจ้าของแผ่นซีดีมีสีรุ้ง

ประสบการณ์ 5.เราเลื่อนแถบเลื่อนของคาลิปเปอร์จนกระทั่งเกิดช่องว่างกว้าง 0.5 มม. ระหว่างขากรรไกร

เราวางส่วนที่เอียงของฟองน้ำไว้ใกล้กับดวงตา (วางกรีดในแนวตั้ง) ผ่านช่องว่างนี้ เราจะดูเส้นใยแนวตั้งของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ เราสังเกตเห็นแถบสีรุ้งขนานกับมันทั้งสองด้านของด้าย เราเปลี่ยนความกว้างของช่องภายใน 0.05 - 0.8 มม. เมื่อเคลื่อนไปยังสลิตที่แคบลง แถบจะแยกออกจากกัน กว้างขึ้น และสร้างสเปกตรัมที่สามารถแยกแยะได้ เมื่อสังเกตผ่านช่องที่กว้างที่สุด แถบจะแคบมากและอยู่ใกล้กัน วาดภาพที่คุณเห็นในสมุดบันทึกของคุณ อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้.

ประสบการณ์ 6.มองผ่านผ้าไนลอนตรงเส้นใยของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ ด้วยการหมุนผ้ารอบแกน ทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ชัดเจนในรูปแบบของแถบการเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก

คำอธิบาย: การเลี้ยวเบนสูงสุดจะมองเห็นได้ที่กึ่งกลางของเปลือกโลก สีขาว. ที่ k=0 ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจะเป็นศูนย์ ดังนั้นค่าสูงสุดตรงกลางจึงเป็นสีขาว ไม้กางเขนเกิดขึ้นเนื่องจากเส้นด้ายของผ้าเป็นตะแกรงเลี้ยวเบนสองอันที่พับเข้าด้วยกันโดยมีรอยกรีดตั้งฉากกัน ข้อเท็จจริงที่ว่าลักษณะของสีสเปกตรัมนั้นอธิบายได้ แสงสีขาวประกอบด้วยคลื่นที่มีความยาวต่างกัน ค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนของแสงสำหรับความยาวคลื่นต่างกันจะได้มาจากที่ต่างๆ

ร่างกากบาทการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้ อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

บันทึกบทสรุป. ระบุว่าการทดลองใดที่คุณทำซึ่งพบปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนใด.

คำถามควบคุม:

1. แสงคืออะไร?
2. ใครพิสูจน์ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า?
3. การรบกวนของแสงเรียกว่าอะไร? เงื่อนไขสูงสุดและต่ำสุดสำหรับการรบกวนคืออะไร?
4. คลื่นแสงที่มาจากหลอดไฟฟ้าสองหลอดสามารถรบกวนได้หรือไม่? ทำไม
5. การเลี้ยวเบนของแสงคืออะไร?
6. ตำแหน่งสูงสุดของการเลี้ยวเบนหลักขึ้นอยู่กับจำนวนกรีดของตะแกรงหรือไม่

1. การเพิ่มคลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ

2. แหล่งข้อมูลที่สอดคล้องกัน การรบกวนของแสง

3. การได้รับแหล่งแสงธรรมชาติสองแหล่งจากแหล่งแสงธรรมชาติจุดเดียว

4. อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์, กล้องจุลทรรศน์รบกวน

5. การรบกวนของฟิล์มบาง เลนส์ให้ความกระจ่าง

6. แนวคิดและสูตรพื้นฐาน

7. งาน

แสงมีแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติ และการแพร่กระจายของแสงก็คือการแพร่กระจาย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. เอฟเฟ็กต์ทางแสงทั้งหมดที่สังเกตได้ระหว่างการแพร่กระจายของแสงสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของการสั่นในเวกเตอร์ความเข้ม สนามไฟฟ้าอีซึ่งเรียกว่า เวกเตอร์แสงสำหรับแต่ละจุดในอวกาศ ความเข้มของแสง I จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความกว้างของเวกเตอร์แสงของคลื่นที่มาถึงจุดนี้: I ~ E m 2

20.1. การเพิ่มคลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ

เรามาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อพวกเขามาถึงจุดนี้ สองคลื่นแสงที่มีความถี่เท่ากันและมีเวกเตอร์แสงขนานกัน:

ในกรณีนี้จะได้นิพจน์สำหรับความเข้มของแสง

เมื่อได้สูตร (20.1) และ (20.2) เราไม่ได้พิจารณาคำถามของ ธรรมชาติทางกายภาพแหล่งกำเนิดแสงที่สร้างแรงสั่นสะเทือน E 1 และ E 2 ตามแนวคิดสมัยใหม่ แต่ละโมเลกุลเป็นแหล่งกำเนิดแสงเบื้องต้น การเปล่งแสงจากโมเลกุลเกิดขึ้นเมื่อแสงเปลี่ยนจากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง ระยะเวลาของการแผ่รังสีดังกล่าวสั้นมาก (~10 -8 วินาที) และโมเมนต์ของการแผ่รังสีเป็นเหตุการณ์สุ่ม ในกรณีนี้จะเกิดพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบจำกัดเวลาซึ่งมีความยาวประมาณ 3 เมตร ชีพจรดังกล่าวเรียกว่า ในรถไฟ

แหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติคือวัตถุที่ได้รับความร้อน อุณหภูมิสูง. แสงจากแหล่งกำเนิดดังกล่าวคือกลุ่มของรถไฟจำนวนมากที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลที่แตกต่างกันในเวลาที่ต่างกัน ดังนั้นค่าเฉลี่ยของcosΔφในสูตร (20.1) และ (20.2) จึงกลายเป็นศูนย์และสูตรเหล่านี้อยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

ความเข้มของแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติในแต่ละจุดในอวกาศจะถูกรวมเข้าด้วยกัน

ในกรณีนี้ลักษณะคลื่นของแสงจะไม่ปรากฏ

20.2. แหล่งที่มาที่สอดคล้องกัน การรบกวนของแสง

ผลลัพธ์ของการเพิ่มคลื่นแสงจะแตกต่างกันหากความต่างเฟสของรถไฟทั้งหมดที่มาถึงจุดที่กำหนดคือ ค่าคงที่ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกัน

สอดคล้องกันเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีความถี่เท่ากันซึ่งรับประกันความต่างเฟสคงที่สำหรับคลื่นที่มาถึงจุดที่กำหนดในอวกาศ

คลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดที่สอดคล้องกันก็เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า คลื่นที่สอดคล้องกัน

ข้าว. 20.1.การเพิ่มคลื่นที่สอดคล้องกัน

ลองพิจารณาการเพิ่มคลื่นที่สอดคล้องกันสองคลื่นที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิด S 1 และ S 2 (รูปที่ 20.1) ให้จุดที่พิจารณาการเพิ่มคลื่นเหล่านี้ออกจากแหล่งกำเนิดในระยะไกล ส 1และ ส 2ดังนั้นสื่อที่คลื่นแพร่กระจายจึงมีดัชนีการหักเหของแสง n 1 และ n 2 ที่แตกต่างกัน

ผลคูณของความยาวเส้นทางที่คลื่นเดินทางและดัชนีการหักเหของตัวกลาง (s*n) เรียกว่า ความยาวเส้นทางแสงค่าสัมบูรณ์ของความแตกต่างของความยาวแสงเรียกว่า ความแตกต่างของเส้นทางแสง:

เราจะเห็นว่าเมื่อมีการเพิ่มคลื่นต่อเนื่องกัน ขนาดของความต่างเฟสที่จุดที่กำหนดในอวกาศจะยังคงคงที่ และถูกกำหนดโดยความแตกต่างของเส้นทางแสงและความยาวคลื่น ณ จุดนั้นที่สภาพเป็นที่พอใจ

cosΔφ = 1 และสูตร (20.2) สำหรับความเข้มของคลื่นที่เกิดขึ้นจะอยู่ในรูปแบบ

ในกรณีนี้ ความเข้มจะใช้ค่าสูงสุดที่เป็นไปได้

สำหรับจุดที่เป็นไปตามเงื่อนไข

ดังนั้น เมื่อเพิ่มคลื่นที่สอดคล้องกัน การกระจายพลังงานเชิงพื้นที่จะเกิดขึ้น - ในบางจุดพลังงานคลื่นจะเพิ่มขึ้น และในบางจุดพลังงานจะลดลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การรบกวน.

การรบกวนของแสง -การเพิ่มคลื่นแสงที่สอดคล้องกันซึ่งเป็นผลมาจากการกระจายพลังงานเชิงพื้นที่เกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของรูปแบบการขยายหรือลดลงที่มั่นคง

ความเท่าเทียมกัน (20.6) และ (20.7) เป็นเงื่อนไขสำหรับการรบกวนสูงสุดและต่ำสุด จะสะดวกกว่าถ้าเขียนผ่านความแตกต่างของเส้นทาง

ความเข้มสูงสุดการรบกวนจะเกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างของเส้นทางแสงเท่ากับจำนวนความยาวคลื่นจำนวนเต็ม (สม่ำเสมอจำนวนครึ่งคลื่น)

จำนวนเต็ม k เรียกว่าลำดับของการรบกวนสูงสุด

ได้รับเงื่อนไขขั้นต่ำในทำนองเดียวกัน:

ความเข้มขั้นต่ำในระหว่างการรบกวนจะสังเกตได้เมื่อความแตกต่างของเส้นทางแสงเท่ากับ แปลกจำนวนครึ่งคลื่น

การรบกวนของคลื่นจะปรากฏขึ้นอย่างชัดเจนโดยเฉพาะเมื่อมีความเข้มของคลื่นใกล้เคียงกัน ในกรณีนี้ ในพื้นที่สูงสุด ความเข้มจะสูงกว่าความเข้มของแต่ละคลื่นสี่เท่า และในพื้นที่ขั้นต่ำ ความเข้มจะเป็นศูนย์ในทางปฏิบัติ ผลลัพธ์ที่ได้คือรูปแบบการรบกวนของแถบแสงสว่างที่คั่นด้วยช่องว่างที่มืด

20.3. สร้างแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติสองแหล่งจากแหล่งแสงธรรมชาติจุดเดียว

ก่อนการประดิษฐ์เลเซอร์ แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันถูกสร้างขึ้นโดยการแยกคลื่นแสงออกเป็นสองลำที่รบกวนซึ่งกันและกัน ลองดูสองวิธีดังกล่าว

วิธีการของหนุ่ม(รูปที่ 20.2) สิ่งกีดขวางทึบแสงที่มีรูเล็ก ๆ สองรูติดตั้งอยู่ในเส้นทางของคลื่นที่มาจากแหล่งกำเนิดจุดที่ S รูเหล่านี้เป็นแหล่งที่เชื่อมโยงกัน S1 และ S2 เนื่องจากคลื่นทุติยภูมิที่เล็ดลอดออกมาจาก S 1 และ S 2 เป็นคลื่นหน้าเดียวกัน พวกมันจึงมีความสอดคล้องกัน ในบริเวณที่ลำแสงเหล่านี้ทับซ้อนกันจะสังเกตเห็นการรบกวน

ข้าว. 20.2.การรับคลื่นที่สอดคล้องกันโดยวิธีของ Young

โดยทั่วไปแล้ว รูในสิ่งกีดขวางทึบแสงจะทำในรูปแบบของรอยกรีดแคบๆ สองอันขนานกัน จากนั้นรูปแบบการรบกวนบนหน้าจอจะเป็นระบบแถบแสงที่คั่นด้วยช่องว่างที่มืด (รูปที่ 20.3) แถบแสงที่สอดคล้องกัน

ข้าว. 20.3.รูปแบบการรบกวนที่สอดคล้องกับวิธีของยัง ลำดับสเปกตรัม k

ลำดับสูงสุดเป็นศูนย์ จะอยู่ที่กึ่งกลางของหน้าจอในลักษณะที่ระยะห่างถึงกรีดเท่ากัน ทางด้านขวาและซ้ายของมันคือจุดสูงสุดอันดับหนึ่ง ฯลฯ เมื่อให้แสงสว่างแก่รอยแตกร้าวด้วยแสงสีเดียว แถบแสงจะมีสีที่สอดคล้องกัน เมื่อใช้แสงสีขาวสูงสุด ลำดับศูนย์มันมี สีขาว,และจุดสูงสุดที่เหลือมี รุ้งสี เนื่องจากค่าสูงสุดในลำดับเดียวกันสำหรับความยาวคลื่นที่ต่างกันจะก่อตัวขึ้นในที่ที่ต่างกัน

กระจกของลอยด์(รูปที่ 20.4) แหล่งกำเนิดจุด S ตั้งอยู่ในระยะห่างเล็กน้อยจากพื้นผิวของกระจกแบน M โดยรังสีตรงและรังสีสะท้อนจะเข้ามารบกวน แหล่งที่มาที่เชื่อมโยงกันคือแหล่งที่มาหลัก S และภาพเสมือนในกระจกเงา S 1 ในบริเวณที่ลำแสงตรงและลำแสงสะท้อนซ้อนทับกัน จะสังเกตเห็นการรบกวน

ข้าว. 20.4.การสร้างคลื่นที่สอดคล้องกันโดยใช้กระจกลอยด์

20.4. อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ การรบกวน

กล้องจุลทรรศน์

การดำเนินการจะขึ้นอยู่กับการใช้แสงรบกวน อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางโปร่งใส เพื่อควบคุมรูปร่าง ไมโครรีลีฟ และการเสียรูปของพื้นผิวของชิ้นส่วนออปติก เพื่อตรวจจับสิ่งเจือปนในก๊าซ (ใช้ในการปฏิบัติด้านสุขอนามัยเพื่อควบคุมความบริสุทธิ์ของอากาศในห้องและเหมือง) รูปที่ 20.5 แสดงแผนภาพแบบง่ายของอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Jamin ซึ่งออกแบบมาเพื่อวัดดัชนีการหักเหของก๊าซและของเหลว ตลอดจนเพื่อกำหนดความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในอากาศ

ลำแสงสีขาวส่องผ่านสองรู (วิธีของยัง) จากนั้นผ่านคิวเวตที่เหมือนกันสองอัน K 1 และ K 2 ที่เต็มไปด้วยสารที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นที่รู้จัก ถ้าดัชนีการหักเหของแสงเท่ากันแล้ว สีขาวค่าสูงสุดของการรบกวนแบบศูนย์จะอยู่ที่กึ่งกลางของหน้าจอ ความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างเส้นทางแสงเมื่อผ่านคิวเวตต์ เป็นผลให้ค่าสูงสุดของลำดับเป็นศูนย์ (เรียกว่าไม่มีสี) จะถูกเลื่อนโดยสัมพันธ์กับกึ่งกลางของหน้าจอ ดัชนีการหักเหของแสงที่สอง (ไม่ทราบ) ถูกกำหนดโดยขนาดของการกระจัด เรานำเสนอสูตรในการกำหนดความแตกต่างระหว่างดัชนีการหักเหของแสงโดยไม่ได้รับมา:

โดยที่ k คือจำนวนแถบที่ค่าสูงสุดไม่มีสีเลื่อนไป ล- ความยาวคิวเวตต์

ข้าว. 20.5.เส้นทางของรังสีในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์:

S - แหล่งกำเนิด ช่องแคบที่ส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว L - เลนส์ซึ่งโฟกัสคือแหล่งกำเนิด K - คิวเวตที่มีความยาวเท่ากัน ล; D - ไดอะแฟรมที่มีสองช่อง; หน้าจออิเล็กทรอนิกส์

เมื่อใช้อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Jamin จึงสามารถระบุความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงได้อย่างแม่นยำถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 6 ความแม่นยำสูงดังกล่าวทำให้สามารถตรวจจับมลพิษทางอากาศได้แม้เพียงเล็กน้อย

กล้องจุลทรรศน์รบกวนคือการรวมกันของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ (รูปที่ 20.6)

ข้าว. 20.6.เส้นทางของรังสีในกล้องจุลทรรศน์รบกวน:

M - วัตถุโปร่งใส D - ไดอะแฟรม; O - ช่องมองภาพกล้องจุลทรรศน์สำหรับ

การสังเกตรังสีรบกวน d - ความหนาของวัตถุ

เนื่องจากความแตกต่างในดัชนีการหักเหของวัตถุ M และตัวกลาง รังสีจึงมีความแตกต่างของเส้นทาง เป็นผลให้เกิดความเปรียบต่างของแสงระหว่างวัตถุกับสิ่งแวดล้อม (ด้วยแสงสีเดียว) หรือวัตถุจะกลายเป็นสี (ด้วยแสงสีขาว)

อุปกรณ์นี้ใช้ในการวัดความเข้มข้นของวัตถุแห้งและขนาดของวัตถุขนาดเล็กที่โปร่งใสและไม่ทาสีซึ่งไม่มีความเปรียบต่างในแสงที่ส่องผ่าน

ความแตกต่างของระยะชักถูกกำหนดโดยความหนาของ d ของวัตถุ ความแตกต่างของเส้นทางแสงสามารถวัดได้ด้วยความแม่นยำหนึ่งในร้อยของความยาวคลื่น ซึ่งทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างของเซลล์ที่มีชีวิตในเชิงปริมาณได้

20.5. การรบกวนของฟิล์มบาง การเคลือบเลนส์

เป็นที่ทราบกันดีว่าคราบน้ำมันเบนซินบนผิวน้ำหรือฟองสบู่มีสีรุ้ง ปีกโปร่งใสของแมลงปอก็มีสีรุ้งเช่นกัน ลักษณะของสีอธิบายได้จากการรบกวนของรังสีแสงที่สะท้อน

ข้าว. 20.7.การสะท้อนของรังสีในแผ่นฟิล์มบางๆ

จากด้านหน้าและด้านหลังของฟิล์มบาง ลองพิจารณาปรากฏการณ์นี้โดยละเอียด (รูปที่ 20.7)

ปล่อยให้ลำแสง 1 ของแสงเอกรงค์เดียวตกจากอากาศมาสู่พื้นผิวด้านหน้าของฟิล์มสบู่ที่มุม α ณ จุดที่กระทบจะสังเกตปรากฏการณ์การสะท้อนและการหักเหของแสง ลำแสงสะท้อน 2 กลับคืนสู่อากาศ ลำแสงหักเหจะสะท้อนจากพื้นผิวด้านหลังของฟิล์มและเมื่อหักเหบนพื้นผิวด้านหน้าแล้วจะออกไปในอากาศ (ลำแสง 3) ขนานกับลำแสง 2

เมื่อผ่านระบบการมองเห็นของดวงตาแล้ว รังสี 2 และ 3 จะตัดกันที่เรตินาซึ่งเกิดการรบกวน จากการคำนวณพบว่าสำหรับฟิล์มสบู่ที่อยู่ใน สภาพแวดล้อมทางอากาศความแตกต่างของเส้นทางระหว่างคาน 2 และ 3 คำนวณโดยสูตร

ความแตกต่างเกิดจากการที่แสงสะท้อนจากแสง หนาแน่นมากขึ้นตัวกลาง เฟสจะเปลี่ยนโดย π ซึ่งเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความยาวเส้นทางแสงของลำแสง 2 ด้วย γ/2 เมื่อสะท้อนจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เฟสจะไม่เปลี่ยนแปลง ฟิล์มน้ำมันเบนซินบนผิวน้ำสะท้อนจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้น สองครั้ง.ดังนั้นการบวก แล/2 จะปรากฏขึ้นสำหรับคานที่รบกวนทั้งสองคาน เมื่อพบความแตกต่างเส้นทางก็ถูกทำลาย

ขีดสุดจะได้รูปแบบการรบกวนสำหรับมุมมอง (α) ที่ตรงตามเงื่อนไข

หากเราดูภาพยนตร์ที่ส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว เราจะเห็นแถบสีที่สอดคล้องกันหลายแถบคั่นด้วยช่องว่างที่มืด เมื่อฟิล์มส่องสว่างด้วยแสงสีขาว เราจะมองเห็นการรบกวนสูงสุดด้วยสีต่างๆ ในขณะเดียวกันภาพยนตร์เรื่องนี้ก็ได้รับสีรุ้ง

ปรากฏการณ์การรบกวนในฟิล์มบางใช้ในอุปกรณ์ออพติคัลที่ลดสัดส่วนของพลังงานแสงที่สะท้อนโดยระบบออปติคอลและเพิ่มขึ้น (เนื่องจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน) ดังนั้นพลังงานที่จ่ายให้กับระบบบันทึก - แผ่นถ่ายภาพ ดวงตา.

เลนส์ให้ความกระจ่างปรากฏการณ์การรบกวนของแสงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่ การใช้งานอย่างหนึ่งคือ "การเคลือบ" ของเลนส์ ระบบออพติคอลสมัยใหม่ใช้เลนส์หลายเลนส์ที่มีพื้นผิวสะท้อนแสงจำนวนมาก การสูญเสียแสงเนื่องจากการสะท้อนสามารถสูงถึง 25% ในเลนส์กล้องและ 50% ในกล้องจุลทรรศน์ นอกจากนี้ การสะท้อนหลายครั้งจะทำให้คุณภาพของภาพลดลง เช่น พื้นหลังปรากฏขึ้นซึ่งจะลดคอนทราสต์ลง

เพื่อลดความเข้มของแสงสะท้อน เลนส์จึงถูกปกคลุมด้วยฟิล์มใสซึ่งมีความหนาเท่ากับ 1/4 ของความยาวคลื่นของแสงในนั้น:

โดยที่ λ П คือความยาวคลื่นของแสงในภาพยนตร์ แลมบ์ คือ ความยาวคลื่นของแสงในสุญญากาศ n คือดัชนีการหักเหของสารฟิล์ม

โดยปกติแล้วจะเน้นไปที่ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับกึ่งกลางของสเปกตรัมของแสงที่ใช้ วัสดุฟิล์มถูกเลือกเพื่อให้ดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่ากระจกเลนส์ ในกรณีนี้ จะใช้สูตร (20.11) เพื่อคำนวณความแตกต่างของเส้นทาง

แสงส่วนใหญ่ตกกระทบเลนส์ในมุมต่ำ ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนดบาป 2 α µ 0 ได้ จากนั้นสูตร (20.11) อยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

ดังนั้นรังสีที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของฟิล์มจึงมี ในแอนติเฟสและระหว่างการแทรกแซงพวกเขาก็แทบจะหักล้างกันโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ส่วนกลางของสเปกตรัม สำหรับความยาวคลื่นอื่นๆ ความเข้มของลำแสงสะท้อนจะลดลงเช่นกัน แม้ว่าจะน้อยกว่าก็ตาม

20.6. แนวคิดและสูตรพื้นฐาน

ท้ายตาราง

20.7. งาน

1. ขอบเขตเชิงพื้นที่ L ของขบวนคลื่นที่เกิดขึ้นในช่วงเวลา t ของการส่องสว่างของอะตอมเป็นเท่าใด

สารละลาย

L = c*t = 3x10 8 ม./cx10 ​​​​-8 วิ = 3 ม. คำตอบ: 3ม.

2. ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจากแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งที่เชื่อมโยงกันคือ 0.2 แลมบ์ ค้นหา: ก) อะไรคือความแตกต่างของเฟส b) ผลลัพธ์ของการรบกวนคืออะไร

3. ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจากแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่งที่สอดคล้องกันที่จุดใดจุดหนึ่งบนหน้าจอคือ δ = 4.36 μm ผลของการรบกวนจะเป็นอย่างไรหากความยาวคลื่น γ คือ: a) 670; ข) 438; ค) 536 นาโนเมตร?

คำตอบ:ก) ขั้นต่ำ; ข) สูงสุด; c) จุดกึ่งกลางระหว่างสูงสุดและต่ำสุด

4. แสงสีขาวตกกระทบบนฟิล์มสบู่ (n = 1.36) ที่มุม 45° ความหนาฟิล์มขั้นต่ำจะได้โทนสีเหลืองหรือไม่? (λ = 600 นาโนเมตร) เมื่อมองในแสงสะท้อน?

5. ฟิล์มสบู่ที่มีความหนา h = 0.3 μm ถูกส่องสว่างด้วยแสงสีขาวตกกระทบที่ตั้งฉากกับพื้นผิว (α = 0) ภาพยนตร์เรื่องนี้รับชมด้วยแสงสะท้อน ดัชนีการหักเหของสารละลายสบู่คือ n = 1.33 หนังจะเป็นสีอะไร?

6. อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว λ = 589 นาโนเมตร ความยาวคิวเวทท์ ล= 10 ซม. เมื่ออากาศในเซลล์หนึ่งถูกแทนที่ด้วยแอมโมเนีย ค่าสูงสุดที่ไม่มีสีจะเปลี่ยนเป็น k = 17 แบนด์ ดัชนีการหักเหของอากาศ n 1 = 1.000277 กำหนดดัชนีการหักเหของแอมโมเนีย n 1

n 2 = n 1 + kแล/ ล = 1,000277 + 17*589*10 -7 /10 = 1,000377.

คำตอบ: n 1 = 1.000377

7. ฟิล์มบางใช้ในการล้างเลนส์ ฟิล์มควรมีความหนาเท่าใดในการส่งแสงที่มีความยาวคลื่น แลมบ์ดา = 550 นาโนเมตร โดยไม่มีการสะท้อนแสง ดัชนีการหักเหของแสงของฟิล์มคือ n = 1.22

คำตอบ:ชั่วโมง = แลมบ์ดา/4n = 113 นาโนเมตร

8. มันมีอะไรอยู่ใน รูปร่างแยกแยะเลนส์เคลือบ? คำตอบ:เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะดับแสงทุกความยาวพร้อมกันได้

คลื่นแล้วพวกมันก็บรรลุการสูญพันธุ์ของแสงที่สอดคล้องกับกึ่งกลางของสเปกตรัม เลนส์มีสีม่วง

9. การเคลือบที่มีความหนาเชิงแสง แล/4 มีบทบาทอย่างไรกับการเล่นของแก้ว หากดัชนีการหักเหของสารเคลือบเท่ากับ มากกว่าดัชนีการหักเหของกระจก?

สารละลาย

ในกรณีนี้ การสูญเสียครึ่งคลื่นจะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างฟิล์มกับอากาศเท่านั้น ดังนั้น ผลต่างของเส้นทางจึงเท่ากับ แล แทนที่จะเป็น แล/2 ขณะเดียวกันก็มีคลื่นสะท้อนกลับ เสริมสร้างความเข้มแข็งแทนที่จะดับไฟซึ่งกันและกัน

คำตอบ:การเคลือบสะท้อนแสง

10. รังสีของแสงที่ตกบนแผ่นใสบางๆ ที่มุม α = 45° จะทำให้เกิดสีเมื่อสะท้อนเข้ามา สีเขียว. สีของจานจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อมุมตกกระทบของรังสีเปลี่ยนไป?

ที่ α = 45° สภาวะการรบกวนจะสอดคล้องกับค่าสูงสุดสำหรับรังสีสีเขียว เมื่อมุมเพิ่มขึ้น ด้านซ้ายจะลดลง ดังนั้นทางด้านขวาควรลดลงด้วย ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของ แล

เมื่อมุมลดลง แลจะลดลง

คำตอบ:เมื่อมุมเพิ่มขึ้น สีของจานจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสีแดง เมื่อมุมลดลง สีของจานจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสีม่วง