Практичне використання інтерференції » mozok.click
 

mozok.click » Фізика » Практичне використання інтерференції
Інформація про новину
  • Переглядів: 244
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 22:20
12-02-2018, 22:20

Практичне використання інтерференції

Категорія: Фізика

Сучасна наука і техніка використовує інтерференцію світла для точних вимірювань, для визначення якості обробки поверхонь, для поліпшення якості зображень, отриманих оптичними приладами тощо. Інтерференційний метод вимірювання довжини хвилі світлового випромінювання дає змогу визначати її з точністю до 7-8 значущих цифр. Таким способом у 1960 р. було виміряно довжину еталона метра, в результаті чого було дано нове його означення: метром називають довжину, на якій довжина хвилі оранжевих променів у вакуумі, що їх випромінюють атоми Криптону, укладається 1 650 763,73 раза. (У 1983 р. було прийнято новий еталон метра, виражений через швидкість світла).

Просвітлення оптики. У 1935 р. український учений О. Смакула зробив відкриття - спосіб поліпшення оптичних приладів, що отримав назву «просвітлення оптики». Суть відкриття полягає в тому, що поліровану поверхню скляної лінзи покривають тонким шаром певного матеріалу. Завдяки явищу інтерференції у цій тонкій плівці відбите від полірованої поверхні світло гаситься і більше світла проходить вперед. Таких поверхонь на шляху світла, що проходить через складний прилад, досить багато, тому втрата навіть кількох відсотків світла на відбиття на кожній з них привело б до того, що на виході ми вже нічого не побачили б. Лінзи є основним елементом різних оптичних приладів: фотоапаратів, мікроскопів, телескопів, перископів, стереотруб, біноклів, оптичних пристроїв до стрілецької зброї тощо (мал. 211).

Таким чином, це відкриття стало великим здобутком, яким користується все людство і сьогодні як на Землі, так і в космосі для фотографування Землі та інших планет.



Контроль якості поверхонь. За допомогою інтерференції можна оцінити якість шліфування поверхні виробу з точністю до 1/10 довжини хвилі, тобто з точністю до 10 8 см. Для цього на поверхню, яку перевіряють, накладають еталонну пластинку, освітлюють її монохроматичним світлом і спостерігають інтерференційну картину. Якщо якість полірування висока, то на поверхні видно паралельні інтерференційні смуги. Якщо на поверхні є нерівності, інтерференційні смуги викривлюються.

Інтерферометри. Інтерферометрами називають прилади, які застосовують для вимірювань на основі явища інтерференції. За їх допомогою здійснюють точні вимірювання довжин і кутів (особливо в астрономічних дослідженнях), визначають показник заломлення прозорих речовин.

Найвідомішим є інтерферометр конструкції А. Майкельсона, схему якого наведено на мал. 212.

Світло від джерела S падає на скляну пластинку Р,, покриту напівпрозорим шаром срібла. Частина світла (промінь І) відбивається від пластинки і падає на дзеркало Mv інша частина (промінь 2) після заломлення у пластинці Р, потрапляє на дзеркало М2. Пластинку Р2, такої самої товщини як і Рх, ставлять на шляху променя 1 для компенсації різниці ходу, зумовленої заломленням.

Відбившись від дзеркал, промені повертаються до пластинки Р,, причому промені, які йдуть від дзеркала М,, потрапляють у трубу Т спостерігача, пройшовши крізь пластинку Р,, а промені від дзеркала М2 - відбившись від неї. У результаті інтерференції цих двох пучків залежно від різниці ходу променів у полі зору труби спостерігатиметься світла або темна смуга.

Гвинтами Wj, W2 можна змінювати положення дзеркал. Достатньо змістити одне із дзеркал у напрямі променя, наприклад на V*k, як різниця ходу обох променів збільшиться на Vik. Інтерференційна картина на екрані зміститься на цілу смугу і замість світлої смуги спостерігатиметься темна або навпаки.

На сьогодні існують інтерферометри різних конструкцій, які застосовуються для визначення лінійних розмірів досліджуваних об’єктів із точністю близько 100 нм, а також у космічних дослідженнях (де замість світлових хвиль можуть використовуватись хвилі радіодіапазону). Чутливість астрономічних інтерферометрів значно вища, ніж чутливість звичайних радіотелескопів.

Для додаткового читання.

Дослід Майкельсона-Морлі. Інтерферометр Майкельсона відіграв важливу роль у становленні сучасної фізики. У 10 класі, вивчаючи основи релятивістської механіки, ми розглядали дослід з виявлення «ефірного вітру», який проводили у 1881 р. американські учені А. Майкельсон і Е. Морлі. Ще раз пригадаємо суть досліду.


Згідно із законами електродинаміки Максвелла швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі однакова в усіх напрямках і дорівнює с. Але за законами класичної механіки швидкість може дорівнювати с лише в одній, вибраній, системі відліку. У будь-якій іншій системі відліку, що рухається відносно цієї вибраної системи зі швидкістю 0, швидкість світла вже дорівнюватиме с±и (згідно з принципом відносності Галілея). Отже, виникли певні суперечності між електродинамікою Максвелла та механікою Ньютона, які намагались вирішити різними способами.

Один із способів полягав у тому, щоб принцип відносності Галілея вважати не застосовним до електромагнітних явищ. Саме такої думки дотримувався голландський фізик X. Лоренц. На той час вважали, що переміщення електромагнітної хвилі у просторі відбувається у спеціальному середовищі - ефірі. Інерціальна система відліку, яка відносно ефіру перебуває в стані спокою, за Лоренцом, і є тією особливою вибраною системою, в якій закони електродинаміки Максвелла дійсні. Тільки в цій системі відліку швидкість світла у вакуумі однакова в усіх напрямках.

Інший спосіб полягав у тому, щоб вважати не правильними рівняння Максвелла і спробувати замінити їх такими, щоб з переходом від однієї системи відліку до іншої (згідно із звичайними, класичними уявленями про простір і час) вони не змінювались. Таку спробу зробив Г. Герц. Він вважав, що ефір повністю захоплюється рухомими тілами, і тому електромагнітні явища відбуваються в ефірі однаково, не залежно від того, чи тіло перебуває в стані спокою, чи рухається.


Метою досліду Майкельсона-Морлі було підтвердити (або відкинути) існування ефіру. Якби швидкість світла дорівнювала с тільки у системі, зв’язаній з ефіром, то, вимірюючи швидкість світла в довільній інерціальній системі, можна було б виявити рух цієї системи відносно ефіру і визначити швидкість цього руху. Подібно до того, як у системі відліку, що рухається відносно повітря, виникає вітер, під час руху відносно ефіру (якщо, звичайно, ефір існує) повинен бути «ефірний вітер». Земля, рухаючись по орбіті навколо Сонця, рухається і відносно гіпотетичного ефіру. Відповідно півроку «ефірний вітер» має обдувати її в одному напрямку, півроку - в іншому, і відповідно картинка на виході інтерферометра повинна зміщуватись то в один, то в інший бік. Проведені досліди не виявили ніякого вітру, а отже, і ніякого ефіру! Це означало, що не існує і ніякої абсолютної системи відліку.

І як ви уже знаєте, А. Ейнштейн усунув цю неузгодженість між класичною механікою і електродинамікою революційним шляхом, відмовившись від класичних уявлень про абсолютний простір і час і цим самим зберігши принцип відносності і рівняння Максвелла. Так і виникла спеціальна теорія відносності, в якій закони класичної механіки розглядаються як граничний випадок руху макроскопічних тіл із швидкостями, набагато меншими за швидкість поширення світла.

Дайте відповіді на запитання

1. Чому просвітлювальна плівка, нанесена на поверхню лінзи, здається кольоровою?

2. Хто першим запропонував метод просвітлення оптики?

3. Яка будова і принцип дії інтерферометра Майкельсона? З якою метою застосовують інтерферометри?






^