ინერფერანცია ტალღების
დიდი რაოდენობით წრიული თანმიმდევრული ტალღების ჩარევის ნიმუში, რაც დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე და წყაროებს შორის მანძილს
(ლათ. interferens, ინტერ - შორის + -ferens - გადამზიდავი, გადამტანი) - ორი ან მეტი თანმიმდევრული ტალღის შედეგად მიღებული ამპლიტუდის ორმხრივი მატება ან შემცირება, როდესაც ისინი ერთმანეთზეა გადანაწილებული . მას თან ახლავს სივრცეში ინტენსივობის მაქსიმალური (ანტინოდები) და მინიმალური (კვანძები) მონაცვლეობა. ჩარევის შედეგი (ინტერფერენციული ნიმუში) დამოკიდებულია ზედმიწევნითი ტალღების ფაზურ განსხვავებაზე.
ყველა ტალღას შეუძლია ჩარევა, მაგრამ სტაბილური ჩარევის ნიმუში შეინიშნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ტალღებს აქვთ იგივე სიხშირე და მათში რხევები არ არის ორთოგონალური. ჩარევა შეიძლება იყოს სტაციონარული ან არასტაციონარული. მხოლოდ სრულად თანმიმდევრულ ტალღებს შეუძლია სტაციონარული ჩარევის ნიმუშის მიცემა. მაგალითად, ორი სფერული ტალღა წყლის ზედაპირზე, რომელიც გავრცელდება ორი თანმიმდევრული წერტილის წყაროდან, როდესაც ჩარევა, მისცემს მიღებულ ტალღას, რომლის წინა მხარე იქნება სფერო.
ჩარევის დროს ტალღის ენერგია გადანაწილდება სივრცეში. ეს არ ეწინააღმდეგება ენერგიის შენარჩუნების კანონს, რადგან საშუალოდ, სივრცის დიდი ფართობისთვის, მიღებული ტალღის ენერგია უდრის ჩარევის ტალღების ენერგიების ჯამს.
არათანმიმდევრული ტალღების ზედმიწევისას, კვადრატული ამპლიტუდის საშუალო მნიშვნელობა (ანუ მიღებული ტალღის ინტენსივობა) უდრის ზედმიწევნითი ტალღების კვადრატული ამპლიტუდების (ინტენსივობის) ჯამს. გარემოს თითოეული წერტილის შედეგად მიღებული რხევების ენერგია უდრის მისი რხევების ენერგიების ჯამს, ყველა არათანმიმდევრული ტალღების გამო ცალკე.
ეს არის განსხვავება ტალღის პროცესის შედეგად ინტენსივობასა და მისი კომპონენტების ინტენსივობის ჯამს შორის, რაც არის ჩარევის ნიშანი.
იხ. ვიდეო - Wave interference | Mechanical waves and sound | Physics | Khan Academy
სინათლის წყაროს მოთხოვნები
ზემოაღნიშნული განხილვა ვარაუდობს, რომ ტალღები, რომლებიც ერთმანეთს ერევა, მონოქრომატულია, ანუ მათ აქვთ იგივე სიხშირე - ეს მოითხოვს, რომ ისინი დროში უსასრულო იყვნენ. თუმცა, ეს არც პრაქტიკულია და არც აუცილებელი. სასრული ხანგრძლივობის ორი იდენტური ტალღა, რომელთა სიხშირე ფიქსირდება ამ პერიოდის განმავლობაში, გამოიწვევს ინტერფერენციის შაბლონს ზედმეტად. ორი იდენტური ტალღა, რომელიც შედგება სასრული ხანგრძლივობის სიხშირის ტალღების ვიწრო სპექტრისგან (მაგრამ მათ თანმიმდევრულ დროზე უფრო მოკლე) წარმოქმნის ზღვრების სერიას ოდნავ განსხვავებული ინტერვალით და იმ პირობით, რომ მანძილი გაცილებით მცირეა, ვიდრე საშუალო მანძილი შორის. ფარდები. ზოლების ნიმუში შეინიშნება ორი ტალღის გადახურვისას.
ჩვეულებრივი სინათლის წყაროები ასხივებენ სხვადასხვა სიხშირის ტალღებს და სხვადასხვა დროს წყაროს სხვადასხვა წერტილიდან. თუ სინათლე დაიყოფა ორ ტალღის ფრონტზე და შემდეგ ხელახლა კომბინირებულია, მაშინ თითოეულ ცალკეულ სინათლის ტალღას შეუძლია შექმნას ჩარევის ნიმუში თავის მეორე ნახევართან, მაგრამ ცალკეულ ზღურბლებს ექნებათ განსხვავებული ფაზა და ინტერვალები და, როგორც წესი, არ შეიმჩნევა საერთო ზოლის ნიმუში. თუმცა, ერთელემენტიანი სინათლის წყაროებს, როგორიცაა ნატრიუმის ან ვერცხლისწყლის ნათურები, აქვთ ემისიის ხაზები საკმაოდ ვიწრო სიხშირის სპექტრით. თუ ისინი სივრცით და ფერად გაფილტრულია, შემდეგ კი ორ ტალღად იყოფა, ისინი შეიძლება ერთმანეთზე გადაიტანონ, რათა შეიქმნას ჩარევის ფარდები. ლაზერის გამოგონებამდე ყველა ინტერფერომეტრია ტარდებოდა ასეთი წყაროების გამოყენებით და ჰქონდა გამოყენების ფართო სპექტრი.
ლაზერის სხივი, როგორც წესი, ბევრად უფრო უახლოვდება მონოქრომატულ წყაროს და, შესაბამისად, ბევრად უფრო ადვილი გამოსაყენებელია ზღურბლების შესაქმნელად. სიმარტივე, რომლითაც ლაზერის სხივით შეიძლება დაფიქსირდეს ჩარევის ზღურბლები, ზოგჯერ შეიძლება იყოს პრობლემატური, რადგან ყალბი ანარეკლები შეიძლება წარმოქმნან ცრუ ზღურბლები, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს შეცდომები.
როგორც წესი, ინტერფერომეტრია იყენებს ერთ ლაზერის სხივს, თუმცა ჩარევა დაფიქსირდა ორი დამოუკიდებელი ლაზერის გამოყენებით, რომელთა სიხშირეები საკმარისად შეესაბამებოდა ფაზის მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად . ასევე დაფიქსირდა ფართო ველის ჩარევა ორ არათანმიმდევრულ ლაზერულ წყაროს შორის.
თეთრი სინათლის ჩარევა საპნის ბუშტში. მოლურჯო გამოსახულება გამოწვეულია თხელი ფირის ჩარევით.
ინტერფერანცია პოლუსების გადახურვის სიბრტყის ტალღებისთვის
ოპტიკური ინტერფერომეტრია
ინტერფერომეტრიამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ფიზიკის განვითარებაში და ასევე აქვს ფართო გამოყენება მეტროლოგიაში.
თომას იანგის ორმაგი ჭრილის ინტერფერომეტრმა 1803 წელს აჩვენა ჩარევის ზღურბლები, როდესაც ორი პატარა ხვრელი ანათებდა მზის შუქით განათებული სხვა პატარა ხვრელიდან. იუნგმა შეძლო შეაფასოს სხვადასხვა ფერის ტალღის სიგრძე სპექტრში ჩარევის ზღურბლებს შორის მანძილით. ექსპერიმენტმა მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა სინათლის ტალღური თეორიის მიღებაში. კვანტურ მექანიკაში ეს ექსპერიმენტი ითვლება სინათლისა და სხვა კვანტური ნაწილაკების ტალღური და ნაწილაკების ბუნების განუყოფლობის დემონსტრირებად (ტალღა-ნაწილაკის ორმაგობა). რიჩარდ ფეინმანს უყვარდა იმის თქმა, რომ მთელი კვანტური მექანიკის მიღება შეიძლებოდა ამ ერთი ექსპერიმენტის შედეგების შესახებ გულდასმით დაფიქრებით.
მაიკლსონ-მორლის ექსპერიმენტის შედეგები, როგორც წესი, მოიხსენიება, როგორც პირველი დამაჯერებელი მტკიცებულება მანათობელი ეთერის თეორიის წინააღმდეგ ფარდობითობის სპეციალური თეორიის სასარგებლოდ.
ინტერფერომეტრია გამოყენებულია სიგრძის სტანდარტების განსაზღვრისა და დაკალიბრებისათვის. როდესაც მრიცხველი განისაზღვრა, როგორც მანძილი ორ ნიშანს შორის პლატინა-ირიდიუმის ღეროზე, მიკელსონმა და ბენუამ გამოიყენეს ინტერფერომეტრია კადმიუმის წითელი ხაზის ტალღის სიგრძის გასაზომად ახალ სტანდარტში და ასევე აჩვენეს, რომ მისი გამოყენება შესაძლებელია სიგრძის სტანდარტად. სამოცი წლის შემდეგ, 1960 წელს, ახალი SI მრიცხველი განისაზღვრა, როგორც ვაკუუმში მყოფი კრიპტონ-86 ატომის ელექტრომაგნიტურ სპექტრში ნარინჯისფერ-წითელი ემისიის ხაზის 1,650,763.73 ტალღის სიგრძე. ეს განმარტება 1983 წელს შეიცვალა მეტრის განმარტებით, როგორც მანძილის გავლილი სინათლე ვაკუუმში მოცემულ დროში. ინტერფერომეტრია კვლავ მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სიგრძის საზომი კალიბრაციის ხელსაწყოს შექმნაში.
ინტერფერომეტრია გამოიყენება სრიალის სენსორების კალიბრაციაში (აშშ-ში მას უწოდებენ ლიანდაგის ბლოკებს) და კოორდინატთა საზომ მანქანებში. იგი გამოიყენება ოპტიკური კომპონენტების ტესტირებისას.
ძალიან დიდი მასივი არის ინტერფერომეტრიული მასივი, რომელიც შედგება მრავალი პატარა ტელესკოპისგან, ისევე როგორც მრავალი დიდი რადიოტელესკოპის, რომელიც მუშაობს ინტერფერომეტრის რეჟიმში.
რადიოინტერფერომეტრია1946 წელს შეიქმნა ტექნიკა, რომელსაც ეწოდა ასტრონომიული ინტერფერომეტრია. ასტრონომიული რადიოინტერფერომეტრები ჩვეულებრივ შედგება პარაბოლური ანტენების ან ორგანზომილებიანი მასივისაგან. ჯგუფის ყველა ტელესკოპი ფართოდ არის განცალკევებული და, როგორც წესი, ერთმანეთთან არის დაკავშირებული კოაქსიალური კაბელის, ტალღების, ოპტიკური ბოჭკოს ან სხვა გადამცემი ხაზის გამოყენებით. ინტერფერომეტრია ზრდის მთლიან შეგროვებულ სიგნალს, მაგრამ მისი მთავარი მიზანია მნიშვნელოვნად გაზარდოს გარჩევადობა პროცესის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება დიაფრაგმის სინთეზი. ეს მეთოდი მუშაობს სხვადასხვა ტელესკოპის სიგნალის ტალღების ზედმეტად (ჩარევით) პრინციპით, რომ ერთსა და იმავე ფაზაში მყოფი ტალღები ემატება ერთმანეთს, ხოლო ორი საპირისპირო ფაზების მქონე ტალღა ანადგურებს ერთმანეთს. ეს ქმნის კომბინირებულ ტელესკოპს, რომელიც ეკვივალენტურია გარჩევადობით (მაგრამ არა მგრძნობელობით) ერთი ანტენის, რომლის დიამეტრი უდრის მასივში ყველაზე დაშორებულ ანტენებს შორის მანძილს.
აკუსტიკური ინტერფერომეტრია
აკუსტიკური ინტერფერომეტრი არის ინსტრუმენტი გაზში ან სითხეში ხმის ტალღების ფიზიკური მახასიათებლების გასაზომად, როგორიცაა სიჩქარე, ტალღის სიგრძე, შთანთქმა ან წინაღობა. ვიბრაციული კრისტალი ქმნის ულტრაბგერით ტალღებს, რომლებიც გამოსხივდება საშუალოში. ტალღები ხვდება ბროლის პარალელურად რეფლექტორზე, შემდეგ ირეკლება წყაროსთან და იზომება.
იხ. ვიდეო - Опыты по физике. Интерференция волн
Комментариев нет:
Отправить комментарий