Aplicação de interferência, interferência de filme fino

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Hoje vamos falar sobre o uso da interferência na ciência e na vida cotidiana, revelar o significado físico desse fenômeno e contar a história de sua descoberta.

Definições e distribuições

Antes de falar sobre o significado de um fenômeno na natureza e na tecnologia, primeiro você precisa dar uma definição. Hoje estamos considerando um fenômeno que os alunos estudam nas aulas de física. Portanto, antes de descrever a aplicação prática da interferência, vamos ao livro didático.

Para começar, deve-se notar que este fenômeno se aplica a todos os tipos de ondas: aquelas que surgem na superfície da água ou durante a pesquisa. Assim, interferência é um aumento ou redução na amplitude de duas ou mais ondas coerentes, que ocorre se elas se encontrarem em um ponto no espaço. Os máximos neste caso são chamados de antinós e os mínimos são chamados de nós. Esta definição inclui algumas propriedades dos processos oscilatórios, que revelaremos um pouco mais adiante.

A imagem que resulta da sobreposição de ondas umas sobre as outras (e pode haver muitas) depende apenas da diferença de fase em que as oscilações chegam a um ponto no espaço.

Luz também é onda

Os cientistas chegaram a essa conclusão já no século XVI. Os fundamentos da óptica como ciência foram lançados pelo mundialmente famoso cientista inglês Isaac Newton. Foi ele quem primeiro percebeu que a luz consiste em certos elementos, cuja quantidade determina sua cor. O cientista descobriu o fenômeno de dispersão e refração. E ele foi o primeiro a observar a interferência da luz nas lentes. Newton estudou propriedades de raios como o ângulo de refração em diferentes meios, refração dupla e polarização. Ele é creditado com a primeira aplicação de interferência de ondas para o benefício da humanidade. E foi Newton quem percebeu que se a luz não fosse vibrações, ela não exibiria todas essas características.

Propriedades da luz

As propriedades ondulatórias da luz incluem:

1. Comprimento de onda. Esta é a distância entre dois máximos adjacentes de um swing. É o comprimento de onda que determina a cor e a energia da radiação visível.
2. Frequência. Este é o número de ondas completas que podem ocorrer em um segundo. O valor é expresso em Hertz e é inversamente proporcional ao comprimento de onda.
3. Amplitude. Esta é a " altura" ou "profundidade" da oscilação. O valor muda diretamente quando duas oscilações interferem. A amplitude mostra quão fortemente o campo eletromagnético foi perturbado para gerar esta onda particular. Também define a intensidade do campo.
4. Fase de onda. Esta é a parte da oscilação que é alcançada em um determinado momento. Se duas ondas se encontrarem no mesmo ponto durante a interferência, sua diferença de fase será expressa em unidades de π.
5. A radiação eletromagnética coerente é chamada comas mesmas características. A coerência de duas ondas implica a constância de sua diferença de fase. Não existem fontes naturais de tal radiação, elas são criadas apenas artificialmente.

A primeira aplicação é científica

Sir Isaac trabalhou duro nas propriedades da luz. Ele observou exatamente como um feixe de raios se comporta quando encontra um prisma, um cilindro, uma placa e uma lente de vários meios transparentes de refração. Certa vez, Newton colocou uma lente de vidro convexa em uma placa de vidro com uma superfície curva para baixo e direcionou um fluxo de raios paralelos para a estrutura. Como resultado, anéis radialmente claros e escuros divergem do centro da lente. O cientista imediatamente adivinhou que tal fenômeno só pode ser observado se houver alguma propriedade periódica na luz que extingue o feixe em algum lugar e em algum lugar, pelo contrário, o aumenta. Como a distância entre os anéis dependia da curvatura da lente, Newton conseguiu calcular aproximadamente o comprimento de onda da oscilação. Assim, o cientista inglês pela primeira vez encontrou uma aplicação concreta para o fenômeno da interferência.

Interferência de fenda

Estudos adicionais das propriedades da luz exigiram a criação e realização de novos experimentos. Primeiro, os cientistas aprenderam como criar feixes coerentes de fontes bastante heterogêneas. Para fazer isso, o fluxo de uma lâmpada, vela ou sol foi dividido em dois usando dispositivos ópticos. Por exemplo, quando um feixe atinge uma placa de vidro em um ângulo de 45 graus, parte deleé refratado e passa, e parte é refletida. Se esses fluxos forem paralelos com a ajuda de lentes e prismas, a diferença de fase neles será constante. E para que nos experimentos a luz não saísse como um leque de uma fonte pontual, o feixe foi feito paralelo usando uma lente de foco próximo.

Quando os cientistas aprenderam todas essas manipulações com a luz, eles começaram a estudar o fenômeno da interferência em uma variedade de orifícios, incluindo uma fenda estreita ou uma série de fendas.

Interferência e difração

A experiência descrita acima tornou-se possível devido a outra propriedade da luz - a difração. Superando um obstáculo pequeno o suficiente para ser comparado com o comprimento de onda, a oscilação é capaz de mudar a direção de sua propagação. Devido a isso, após uma fenda estreita, parte do feixe altera a direção de propagação e interage com feixes que não alteraram o ângulo de inclinação. Portanto, as aplicações de interferência e difração não podem ser separadas uma da outra.

Modelos e realidade

Até este ponto, usamos o modelo de um mundo ideal em que todos os feixes de luz são paralelos entre si e coerentes. Além disso, na descrição mais simples de interferência, está implícito que as radiações com os mesmos comprimentos de onda são sempre encontradas. Mas, na realidade, nem tudo é assim: a luz é mais frequentemente branca, consiste em todas as vibrações eletromagnéticas que o Sol fornece. Isso significa que a interferência ocorre de acordo com leis mais complexas.

Filmes finos

O exemplo mais óbvio desse tipointeração da luz é a incidência de um feixe de luz em um filme fino. Quando há uma gota de gasolina em uma poça da cidade, a superfície brilha com todas as cores do arco-íris. E isso é precisamente o resultado da interferência.

A luz incide na superfície do filme, é refratada, incide na fronteira da gasolina e da água, é refletida e refratada novamente. Como resultado, a onda se encontra na saída. Assim, todas as ondas são suprimidas, exceto aquelas para as quais uma condição é satisfeita: a espessura do filme é um múltiplo de um comprimento de onda de meio inteiro. Então, na saída, a oscilação se encontrará com dois máximos. Se a espessura do revestimento for igual a todo o comprimento de onda, a saída sobreporá o máximo ao mínimo e a radiação se extinguirá.

Daqui resulta que quanto mais espesso o filme, maior deve ser o comprimento de onda que sairá dele sem perda. Na verdade, um filme fino ajuda a destacar cores individuais de todo o espectro e pode ser usado em tecnologia.

Sessões de fotos e gadgets

Estranhamente, algumas aplicações de interferência são familiares a todos os fashionistas do mundo.

O principal trabalho de uma bela modelo feminina é ficar bem na frente das câmeras. Toda uma equipe prepara as mulheres para uma sessão de fotos: estilista, maquiadora, designer de moda e interiores, editora de revista. Paparazzi irritantes podem ficar esperando uma modelo na rua, em casa, com roupas engraçadas e uma pose ridícula, e depois colocar as fotos em exibição pública. Mas um bom equipamento é essencial para todos os fotógrafos. Alguns dispositivos podem custar vários milhares de dólares. DentreAs principais características de tais equipamentos serão necessariamente o esclarecimento da ótica. E as fotos desse dispositivo serão de altíssima qualidade. Assim, uma foto de estrela sem preparação também não parecerá tão pouco atraente.

Óculos, microscópios, estrelas

A base desse fenômeno é a interferência em filmes finos. Este é um fenômeno interessante e comum. E encontra aplicações de interferência leve em uma técnica que algumas pessoas seguram em suas mãos todos os dias.

O olho humano percebe melhor a cor verde. Portanto, fotografias de garotas bonitas não devem conter erros nessa região específica do espectro. Se um filme com uma espessura específica for aplicado à superfície da câmera, esse equipamento não terá reflexos verdes. Se o leitor atento já notou tais detalhes, ele deve ter ficado impressionado com a presença apenas de reflexos vermelhos e roxos. A mesma película é aplicada aos óculos.

Mas se não estamos falando do olho humano, mas de um aparelho sem paixão? Por exemplo, um microscópio deve registrar o espectro infravermelho e um telescópio deve estudar os componentes ultravioleta das estrelas. Em seguida, é aplicado um filme anti-reflexo de espessura diferente.