Състоянието на максималната и минималната интерференция: изход

Днес ще говорим за състоянието на максималната и минималната намеса, ще разкрием причината за появата на лентите, когато осветяваме тесен пропуск и обясняваме природата на вълновите свойства на светлинните кванти.

квант

Отговорът на този въпрос беше точно в състояние да даде само изследвания от началото на ХХ век. Физиката направи крачка напред, когато Макс Планк откри идеята за квант. Тази стойност важи и за светлината. И преди да разгледаме какви са условията за максимално и минимално с намеса, първо трябва да разберем, това, което е светло.

Така че квантът е нещо едно, неделимо. Това е минималната частица от някаква величина. Светлината е квантово на електромагнитното поле.

Когато се движи в пространството, неговите свойства не могат да се променят. Енергията, честотата, амплитудата на един фотон остават непроменени, докато частицата не срещне някаква пречка. В този случай лъчът може да бъде отразен, разпръснат, пречупен, погълнат, взаимодействан с друг квант. В последния случай възниква смущение на светлината. Състоянието на максимума и минимума ще опишем малко по-късно.

частица

От древни времена хората вярвали, че светлината е нещо ефимерно, безтегловно. Огън, земя, вода може да бъде "докоснат", вятърът напусна усещания, но лъчението на слънцето беше нещо присъщо на съществуването, то просто съществуваше и това е всичко.

Но любопитството на учените премести науката все повече и повече, докато стане ясно: и светлината има свойства, тя може да бъде измерена и записана. И накрая хората осъзнаха, че светлината може да бъде претеглена! Първият човек, който е направил подобни експерименти, е руският учен Лебедев. Той доказа, че светлинните фотони оказват натиск върху тънка сребърна плоча. Така че те имат импулс и маса. Заключението убеждава учените, че светлината е поток от частици. Но колко тежи един фотон? Отговорът на този въпрос ще ни помогне да обясним по-добре условията за максимална и минимална намеса на светлинните вълни.

движение

Първо трябва да изясните нещо. Фотон съществува, докато се движи. Тя може да спре да се движи в космоса само когато се сблъска с препятствие. Ако пътят е свободен, фотонът може да се движи завинаги и в буквалния смисъл на думата.

Например, светлината на далечни звезди и галактики ни застава много дълго: хиляди, милиони, милиарди години. Някои от тях са толкова далече, че вече не съществуват и ние все още виждаме радиацията им. И това показва колко упорит е оцеляването и здравината - носителят на светлината, фотонът.

Но това е, докато се движи. Ако светлината пада върху обект, например, на пластмасова лъжичка, която децата забравят в двора, то изглежда се разтваря в обема на материята, дава й енергия. Като цяло има много ефекти, свързани с взаимодействието на светлината и материята. Те включват фотоелектричния ефект, пиезо- и пироефектите. Но по-често светлината просто отоплява обект, който попада в нея. Със сигурност всички забелязаха: е необходимо да оставим книга на слънце, а осветената й страна веднага се нагрява.

Връщайки се към темата на нашия разговор, да речем: един фотон има маса, само докато се движи в космоса. Когато срещне препятствие, той престава да съществува. Останалата маса на частица светлина е нула.

поле

Физическите полета заобикалят хората: те проникват в Земята, излъчват се от Слънцето и някои планети (например Юпитер и Сатурн). Но "чувстват", по някакъв начин не могат да бъдат възприети. Измервайте и фиксирайте само смущението на полето, което обикновено се нарича трептене. Светлината е квантово на електромагнитното поле. То представлява осцилации на електрически и магнитни полета, свързани в взаимно перпендикулярни равнини.

Всъщност електричеството и магнетизмът имат един източник - заредено тяло. Както се доказва от експериментите му, Оерстед, те съществуват само заедно и са способни да се влияят един друг. Но исторически се е случило, че докато учат, изследователите споделиха тези области.

От заключението, че светлината е трептене на полето, следва и друг факт: това е и вълна. Последното изявление ни помага да формулираме условията за максимално и минимално смущение малко по-късно.

диапазон на

Както казахме по-горе, светлината е колебание на електромагнитното поле. Замисленият читател ще разбере: колебанията са различни. В сравнение с морето, има и двете светлинни вълни, които нежно облизват крайбрежния пясък и цунамито, които могат да разрушат планините. За разделяне на електромагнитните колебания има специална скала. Той споделя различни диапазони и източници. В ред на нарастващата енергия, която фотонът носи, електромагнитната скала е разделена на:

• радиовълни;
• инфрачервено лъчение;
• видим спектър;
• ултравиолетови вълни;
• Рентгенови кванти;
• гама лъчение.

А светлината обикновено се отнася само за тези фотони, които принадлежат на видимото излъчване. Понякога районите с инфрачервени и ултравиолетови спектри, които са близо до видимите кванти, също се наричат ​​светлина. Например излъчването на ултравиолетови лампи понякога се нарича "черна светлина". Трябва да кажа, че видимият спектър е много малка част от цялата скала.

По принцип това име е дълбоко субективен термин. На нашата планета има същества, които могат да виждат инфрачервени или ултравиолетови лъчи, но човек винаги се съсредоточава върху себе си.

Освен това, дори тези няколко кванта на електромагнитното поле, които хората могат да възприемат, виждат различно. Човешкото око има спектрална чувствителност: зелените кванти са най-добре възприемани, а червените и виолетовите са вече трудни. С други думи, хората не усещат всички синьо или жълти кванти, които обективно отразяват повърхността. По този начин светът наоколо е много по-светъл и по-пъстър, отколкото човек мисли.

вълна

Колебанията на електромагнитното поле са от подреден характер. Ако квантът вече се е появил, тогава в него има закон за размножаване. Този процес е илюстриран най-ясно от косинусовата или синусовата крива в декартови координати.

Както всяка вълна, светлината има следните характеристики:

1. Дължина на вълната. Това е разстоянието между две еднакви фази на трептене. Например между съседни височини или ниски нива. По друг начин, дължината на вълната може да се определи като двойното разстояние, над което вълната пресича оста X. Обикновено тази стойност се обозначава с гръцко писмо ламбда- (ламбда).
2. Честота. Това е броят на колебанията, които ще се случват за една секунда. Обозначено с гръцкото писмо nu- (nu), ако честотата е линейна, омега (омега), ако честотата е циклична, а латинската буква е, ако честотата се появява като функция.
3. Амплитудата. Това е височината на високите и ниските. По същество амплитудата е силата на смущението на електромагнитната вълна или интензивността на електромагнитното поле.
4. Енергетиката. Честотата на вълната и фотонната честота са свързани от следната зависимост: колкото по-малка е дължината на вълната, толкова по-висока е честотата и енергията.

Тези характеристики на светлината са необходими, за да изведем състоянието на максималната и минималната интерференция.

смущения

Както вече споменахме по-горе, светлинните вълни могат да взаимодействат с материята и помежду си. И какъв е резултатът от тази среща зависи от фазовата разлика.

Ако две еднакви вълни се срещат в една и съща точка и техните "гърбици" и "корита" съвпадат, тогава амплитудата ще се удвои и ще се наблюдава максимална намеса. Ако се случва така, че друга вълна ще дойде най-високата точка, а другият - в най-ниската, тяхната интензивност ще се изключват взаимно, амплитудата на резултата ще бъде нула, картината ще се появи тъмна ивица или точка. Това е условието за формиране на максимуми и минимуми в интерференцията.

Някои формули

За да изразим гореизложеното на езика на физическите закони, трябва да дадем няколко формули.

Резултатът е тъмна или лека лента в случай на тънки слоеве, в зависимост от дебелината на покритието. За максимум се изисква полученият брой вълни да формира: ламбда₂ = (ламбда-₁ * n₁) / n₂. В тази формула n са показателите на пречупване на филма и въздушната среда.

В случай на смущения на паралелен лъч светлина върху тесен процеп, брой тъмни и светли ленти със стъпка I = 2 pi- / (к_1х - к_2х). Във формулата к Дали векторите на вълните на две взаимодействащи светлинни вълни.