padrões de interferência. Termos de máximo e mínimo

padrões de interferência – é listras claras ou escuras que são causados pelos raios dos quais estão em fase ou fora de fase uns com os outros. As ondas de luz e semelhantes são adicionados quando aplicados, se as suas fases coincidir (no sentido de aumentar ou diminuir), ou que se anulam mutuamente, se eles estão em oposição de fase. Estes fenómenos são chamados de interferência construtiva e destrutiva, respectivamente. Se feixe de luz monocromática, todas as ondas que têm o mesmo comprimento, passa por duas fendas estreitas (o experimento foi realizado pela primeira vez em 1801 por Thomas Young, Inglês cientista, que, graças a ele chegou à conclusão de que a natureza ondulatória da luz), dois do feixe resultante pode ser dirigido sobre uma tela plana que, em vez das duas manchas sobrepostas são formadas franjas de interferência – alternando uniformemente padrão de áreas claras e escuras. Este fenómeno é utilizado, por exemplo, em todos os interferómetros ópticos.

sobreposição

A característica definidora de uma sobreposição de ondas que descrevem o comportamento de ondas sobrepostas. Seu princípio reside no fato de que, quando no espaço de uma sobrepostas duas ondas, a perturbação resultante é igual à soma algébrica dos distúrbios individuais. Às vezes, em grandes perturbações esta regra for violada. Este comportamento simples leva a uma série de efeitos que são chamados fenômenos de interferência.

O fenómeno de interferência é caracterizado por dois extremos. As duas ondas de forma construtiva máximos coincidem, e eles estão em fase uns com os outros. O resultado da superposição é o fortalecimento do distúrbio. A amplitude da onda misto resultante é igual à soma das amplitudes individuais. Por outro lado, a interferência destrutiva em um máximo de uma onda coincide com o segundo mínimo – eles estão em oposição. A amplitude da onda combinada é igual à diferença entre as amplitudes dos seus componentes. No caso em que eles são iguais, é a interferência destrutiva completa, e perturbação do meio total é zero.

experiência de Young

O padrão de interferência das duas fontes indica claramente a presença de ondas sobrepostas. Thomas Young sugeriu que a luz – uma onda que obedece ao princípio da superposição. Sua famosa conquista foi a demonstração experimental do construtiva e destrutiva interferência da luz em 1801 A versão moderna da experiência de Young na natureza difere apenas na medida em que utiliza fontes de luz coerente. Laser uniformemente ilumina duas fendas paralelas na superfície opaca. A luz que passa através deles, há uma tela remota. Quando a largura entre as fendas é significativamente maior do que o comprimento de onda, as regras da óptica geométrica observada – visto na tela duas regiões iluminadas. No entanto, a abordagem de fendas difractada luz e as ondas sobre a tela são sobrepostas umas sobre as outras. A difração é em si uma consequência da natureza da onda de luz, e ainda um outro exemplo deste efeito.

O padrão de interferência

O princípio da superposição determina a distribuição de intensidade resultando na tela iluminada. O padrão de interferência ocorre quando a diferença de trajecto da fenda para a tela é igual ao número total de comprimentos de onda (0, λ, 2λ, …). Essa diferença garante que elevações vêm ao mesmo tempo. interferência destrutiva ocorre quando a diferença de caminho igual a um número inteiro de comprimentos de onda de deslocamento por metade (λ / 2, 3λ / 2, …). Jung utilizado argumentos geométricas para mostrar que a sobreposição conduz a uma série de bandas espaçadas igualmente ou áreas de alta intensidade que correspondem às regiões de interferência construtiva, separadas por áreas escuras completos destrutiva.

espaçamento buraco

Um importante parâmetro geometria com duas fendas, é a razão entre o comprimento de onda de luz λ e a distância entre buracos d. Se λ / d é muito menos do que 1, a distância entre as faixas será pequena e efeitos de sobreposição não são observados. Utilizando fendas espaçadas, Jung foi capaz de dividir a áreas claras e escuras. Assim, ele determinou os comprimentos de onda de cores da luz visível. Sua extremamente pequeno valor explica porque estes efeitos são observados apenas sob certas condições. Para dividir as áreas de interferência construtiva e destrutiva, a distância entre a fonte de ondas de luz deve ser muito pequena.

comprimento de onda

Observação dos efeitos de interferência é um desafio para outras duas razões. A maioria das fontes de luz emite um espectro de comprimento de onda contínua, resultando na formação de múltiplos padrões de interferência sobrepostos uns sobre os outros, cada um com um intervalo entre as listras. Isso elimina os efeitos mais pronunciados, tais como áreas de completa escuridão.

coerência

Essa interferência pode ser observado durante um longo período de tempo, é necessário o uso de fontes de luz coerentes. Isto significa que as fontes de radiação deve manter uma relação de fase constante. Por exemplo, duas ondas harmónicas de frequência o mesmo sempre ter uma relação de fase fixa para cada ponto no espaço – ou em fase ou em oposição de fase, ou em algum estado intermediário. No entanto, a maioria das fontes de luz emite a verdadeira onda harmônica. Em vez disso, eles emitem luz, em que a mudança de fase aleatória ocorre milhões de vezes por segundo. Essa radiação é chamado incoerente.

fonte ideal – a laser

Interferência ainda é observado quando sobrepostas ondas no espaço de duas fontes incoerentes, mas os padrões de interferência variar aleatoriamente, juntamente com um deslocamento de fase aleatória. sensores de luz, incluindo os olhos, não pode registrar uma imagem em rápida mudança, e apenas a intensidade média do tempo. O feixe de laser é quase monocromática (m. E. consiste de um único comprimento de onda) e um highly-. É uma fonte de luz ideal para a observação de efeitos de interferência.

Determinação da frequência

Depois Jung 1802 de comprimentos de onda de medida de luz visível pode ser correlacionado com a velocidade suficientemente precisas de luz disponível na hora de calcular a sua freqüência aproximada. Por exemplo, a luz verde é igual a cerca de 6 x 10 ^{e 14} Hz. Este é muitas ordens de magnitude maior do que a freqüência de vibrações mecânicas. Para efeito de comparação, uma pessoa pode ouvir o som com freqüências de até 2 × ¹⁰ de abril Hz. O que varia exatamente a uma taxa ainda permanecia um mistério para os próximos 60 anos.

Interferência em filmes finos

Os efeitos observados não estão limitados à geometria fenda dupla usado por Thomas Young. Quando há uma reflexão e refracção dos raios das duas superfícies separadas por uma distância comparável com o comprimento de onda, a interferência ocorre em filmes finos. O papel da película entre as superfícies pode desempenhar um vácuo, ar, líquido ou qualquer corpo sólido transparente. À luz visível efeitos de interferência são limitados pelos tamanhos de alguns micrômetros. Um exemplo conhecido de toda a película é uma bolha. A luz reflectida a partir dele, é uma superposição de duas ondas – um é reflectida a partir da superfície frontal, e a segunda – na parte de trás. Eles se sobrepõem no espaço e adicionou-se uns aos outros. Dependendo da espessura da película de sabão, duas ondas podem interagir de forma construtiva ou destrutiva. Um cálculo completa do padrão de interferência indica que para a luz com um comprimento de onda λ interferência construtiva é observada para uma espessura de película de λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, etc., e destrutiva – .. Para? / 2, λ, 3λ / 2, …

Fórmulas para o cálculo

fenômeno de interferência foi muitos usos, por isso é importante entender a equação básica que lhes diga respeito. As seguintes equações permitem o cálculo das diferentes valores associados com a interferência, para os seus dois casos mais comuns.

tiras de localização de luz em experiência de Young, .. sítios ou seja, com uma interferência construtiva pode ser calculada utilizando a expressão: y _{é luz.} = (ΛL / d) m, onde λ – comprimento de onda; m = 1, 2, 3, …; d – a distância entre as fendas; L – distância do alvo.

.. Localização bandas escuras, ou seja, as áreas de interacção destrutiva é dado por: y _{é escuro.} = (ΛL / d), (m + 1/2).

Por outras interferências espécies – em filmes finos – a presença de superposição construtiva ou destrutiva determina o deslocamento de fase das ondas reflectidas, o qual depende da espessura do filme e o dice de refraco do mesmo. A primeira equação descreve o caso de ausência de uma tal mudança, e a segunda – uma mudança de metade do comprimento de onda:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Aqui, λ – comprimento de onda; m = 1, 2, 3, …; t – caminho percorrido no filme; n – índice de refracção.

Observação na natureza

Quando o sol brilha sobre a bolha, você pode ver as listras coloridas brilhantes, uma vez que diferentes comprimentos de onda são submetidos a interferência destrutiva e removido da reflexão. A luz reflectida restante aparece como uma remoção de cor complementar. Por exemplo, se como um resultado de interferência destrutiva é componente vermelho ausente, a reflexão será azul. A película fina de óleo sobre a água produz um efeito semelhante. Na natureza, as penas de algumas aves, incluindo pavões e beija-flores, e as conchas de alguns besouros parecem mais brilhantes, enquanto mudando de cor quando você mudar o ângulo de visão. física óptica aqui é a interferência das ondas de luz reflectidas a partir das estruturas ou matrizes em camadas finas hastes reflectoras. Da mesma forma pérolas e shell são íris, devido à sobreposição de reflexões a partir de múltiplas camadas de pérola. pedras preciosas, como opala, apresentam belos padrões de interferência causadas por espalhamento de luz a partir de estruturas regulares formados por partículas esféricas microscópicas.

aplicação

Existem muitas aplicações tecnológicas dos fenômenos de interferência de luz na vida cotidiana. Eles são baseados ótica da câmera física. revestimento anti-reflexo de lentes normal é uma película fina. A sua espessura e da refracção de raios são escolhidas de modo a produzir interferência destrutiva da luz reflectida visível. revestimentos mais especializadas que consistem em várias camadas de filmes finos destinados para a passagem de apenas a radiação de comprimento de onda dentro de uma gama estreita e, por conseguinte, são usados como filtros. revestimentos multicamadas também são usados para aumentar a refletividade dos espelhos de telescópios astronômicos, bem como ressonadores laser óptico. Interferometria – métodos de medição precisos utilizados para registar pequenas alterações na distância relativa – baseia-se na observação dos desvios de luz e bandas escuras produzidos pela luz reflectida. Por exemplo, uma medida de como o padrão de interferência muda, permite definir a curvatura das superfícies de componentes ópticos em um comprimento de onda ópticos lóbulos.