Applicazione di interferenza, interferenza a film sottile

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Oggi parleremo dell'uso dell'interferenza nella scienza e nella vita quotidiana, riveleremo il significato fisico di questo fenomeno e racconteremo la storia della sua scoperta.

Definizioni e distribuzioni

Prima di parlare del significato di un fenomeno nella natura e nella tecnologia, devi prima dare una definizione. Oggi stiamo considerando un fenomeno che gli scolari studiano nelle lezioni di fisica. Pertanto, prima di descrivere l'applicazione pratica dell'interferenza, passiamo al libro di testo.

Tanto per cominciare, va notato che questo fenomeno si applica a tutti i tipi di onde: quelle che sorgono sulla superficie dell'acqua o durante la ricerca. Quindi, l'interferenza è un aumento o una riduzione dell'ampiezza di due o più onde coerenti, che si verifica se si incontrano in un punto dello spazio. I massimi in questo caso sono chiamati antinodi e i minimi sono chiamati nodi. Questa definizione include alcune proprietà dei processi oscillatori, che riveleremo poco dopo.

L'immagine che risulta dalla sovrapposizione delle onde una sopra l' altra (e possono essercene molte) dipende solo dalla differenza di fase in cui le oscillazioni arrivano in un punto dello spazio.

La luce è anche un'onda

Gli scienziati giunsero a questa conclusione già nel sedicesimo secolo. Le basi dell'ottica come scienza furono gettate dal famoso scienziato inglese Isaac Newton. Fu lui a realizzare per primo che la luce è composta da determinati elementi, la cui quantità ne determina il colore. Lo scienziato ha scoperto il fenomeno della dispersione e della rifrazione. Ed è stato il primo a osservare l'interferenza della luce sulle lenti. Newton studiò proprietà dei raggi come l'angolo di rifrazione in diversi mezzi, la doppia rifrazione e la polarizzazione. È accreditato della prima applicazione dell'interferenza delle onde a beneficio dell'umanità. Ed è stato Newton a rendersi conto che se la luce non fosse stata vibrazioni, non avrebbe mostrato tutte queste caratteristiche.

Proprietà luminose

Le proprietà ondulatorie della luce includono:

1. Lunghezza d'onda. Questa è la distanza tra due massimi adiacenti di uno swing. È la lunghezza d'onda che determina il colore e l'energia della radiazione visibile.
2. Frequenza. Questo è il numero di onde complete che possono verificarsi in un secondo. Il valore è espresso in Hertz ed è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda.
3. Ampiezza. Questa è l'" altezza" o la "profondità" dell'oscillazione. Il valore cambia direttamente quando due oscillazioni interferiscono. L'ampiezza mostra quanto fortemente il campo elettromagnetico è stato disturbato per generare questa particolare onda. Imposta anche l'intensità del campo.
4. Fase d'onda. Questa è la parte dell'oscillazione che si raggiunge in un dato momento. Se due onde si incontrano nello stesso punto durante l'interferenza, la loro differenza di fase sarà espressa in unità di π.
5. La radiazione elettromagnetica coerente è chiamata conle stesse caratteristiche. La coerenza di due onde implica la costanza della loro differenza di fase. Non ci sono sorgenti naturali di tali radiazioni, sono create solo artificialmente.

La prima domanda è scientifica

Sir Isaac ha lavorato duramente sulle proprietà della luce. Osservò esattamente come si comporta un raggio di raggi quando incontra un prisma, un cilindro, una lastra e una lente da vari mezzi trasparenti rifrangenti. Una volta, Newton ha posizionato una lente di vetro convessa su una lastra di vetro con una superficie curva verso il basso e ha diretto un flusso di raggi paralleli sulla struttura. Di conseguenza, gli anelli radialmente luminosi e scuri divergono dal centro dell'obiettivo. Lo scienziato ha immediatamente intuito che un tale fenomeno può essere osservato solo se c'è qualche proprietà periodica nella luce che spegne il raggio da qualche parte e da qualche parte, al contrario, lo migliora. Poiché la distanza tra gli anelli dipendeva dalla curvatura della lente, Newton fu in grado di calcolare approssimativamente la lunghezza d'onda dell'oscillazione. Così lo scienziato inglese trovò per la prima volta un'applicazione concreta per il fenomeno dell'interferenza.

Interferenza fessura

Ulteriori studi sulle proprietà della luce hanno richiesto la creazione e la conduzione di nuovi esperimenti. In primo luogo, gli scienziati hanno imparato a creare fasci coerenti da fonti abbastanza eterogenee. Per fare ciò, il flusso di una lampada, una candela o un sole è stato diviso in due utilizzando dispositivi ottici. Ad esempio, quando un raggio colpisce una lastra di vetro con un angolo di 45 gradi, allora parte di essaviene rifratta e passa, e una parte viene riflessa. Se questi flussi vengono messi in parallelo con l'aiuto di lenti e prismi, la differenza di fase in essi sarà costante. E in modo che negli esperimenti la luce non uscisse come una ventola da una sorgente puntiforme, il raggio è stato reso parallelo utilizzando una lente a fuoco ravvicinato.

Quando gli scienziati hanno appreso tutte queste manipolazioni con la luce, hanno iniziato a studiare il fenomeno dell'interferenza su una varietà di fori, inclusa una fenditura stretta o una serie di fenditure.

Interferenza e diffrazione

L'esperienza sopra descritta è diventata possibile grazie a un' altra proprietà della luce: la diffrazione. Superando un ostacolo abbastanza piccolo da poter essere confrontato con la lunghezza d'onda, l'oscillazione è in grado di cambiare la direzione della sua propagazione. Per questo motivo, dopo una stretta fenditura, parte del raggio cambia la direzione di propagazione e interagisce con i raggi che non hanno modificato l'angolo di inclinazione. Pertanto, le applicazioni di interferenza e diffrazione non possono essere separate l'una dall' altra.

Modelli e re altà

Fino a questo punto abbiamo utilizzato il modello di un mondo ideale in cui tutti i fasci di luce sono paralleli tra loro e coerenti. Inoltre, nella descrizione più semplice dell'interferenza, è implicito che si incontrano sempre radiazioni con le stesse lunghezze d'onda. Ma in re altà non tutto è così: la luce è il più delle volte bianca, consiste in tutte le vibrazioni elettromagnetiche che il Sole fornisce. Ciò significa che l'interferenza avviene secondo leggi più complesse.

Film sottili

L'esempio più ovvio di questo tipol'interazione della luce è l'incidenza di un raggio di luce su una pellicola sottile. Quando c'è una goccia di benzina in una pozzanghera cittadina, la superficie brilla di tutti i colori dell'arcobaleno. E questo è precisamente il risultato dell'interferenza.

La luce cade sulla superficie della pellicola, viene rifratta, cade sul confine tra benzina e acqua, viene riflessa e rifratta di nuovo. Di conseguenza, l'onda si incontra all'uscita. Pertanto, tutte le onde vengono soppresse, ad eccezione di quelle per le quali è soddisfatta una condizione: lo spessore del film è un multiplo di una lunghezza d'onda semi-intera. Quindi all'uscita l'oscillazione incontrerà due massimi. Se lo spessore del rivestimento è uguale all'intera lunghezza d'onda, l'uscita si sovrapporrà al massimo al minimo e la radiazione si spegnerà da sola.

Da ciò ne consegue che più spessa è la pellicola, maggiore deve essere la lunghezza d'onda che ne uscirà senza perdite. In effetti, una pellicola sottile aiuta a evidenziare i singoli colori dall'intero spettro e può essere utilizzata nella tecnologia.

Servizi fotografici e gadget

Stranamente, alcune applicazioni di interferenza sono familiari a tutte le fashioniste di tutto il mondo.

Il compito principale di una bellissima modella femminile è avere un bell'aspetto davanti alle telecamere. Un intero team prepara le donne per un servizio fotografico: stilista, truccatrice, fashion e interior designer, redattrice di una rivista. I fastidiosi paparazzi possono aspettare una modella per strada, a casa, in abiti divertenti e in una posa ridicola, e poi esporre le foto al pubblico. Ma una buona attrezzatura è essenziale per tutti i fotografi. Alcuni dispositivi possono costare diverse migliaia di dollari. FraLe caratteristiche principali di tali apparecchiature saranno necessariamente l'illuminazione dell'ottica. E le immagini di un tale dispositivo saranno di altissima qualità. Di conseguenza, anche uno scatto da star senza preparazione non sembrerà così poco attraente.

Occhiali, microscopi, stelle

La base di questo fenomeno è l'interferenza nei film sottili. Questo è un fenomeno interessante e comune. E trova applicazioni di interferenza della luce in una tecnica che alcune persone tengono in mano ogni giorno.

L'occhio umano percepisce meglio il colore verde. Pertanto, le fotografie di belle ragazze non dovrebbero contenere errori in questa particolare regione dello spettro. Se sulla superficie della fotocamera viene applicata una pellicola con uno spessore specifico, tale attrezzatura non avrà riflessi verdi. Se il lettore attento avesse mai notato tali dettagli, allora avrebbe dovuto essere colpito dalla presenza solo di riflessi rossi e viola. La stessa pellicola è applicata agli occhiali.

Ma se non stiamo parlando dell'occhio umano, ma di un dispositivo senza passione? Ad esempio, un microscopio deve registrare lo spettro infrarosso e un telescopio deve studiare le componenti ultraviolette delle stelle. Quindi viene applicata una pellicola antiriflesso di diverso spessore.