Nā Laʻana o nā Nalu Mālamalama: Ke Hoʻomaopopo nei i ke Kumumanaʻo a me kāna mau Hoʻohana
He hanana kino nā nalu māmā e pāʻani ana i kahi kuleana koʻikoʻi i ke ola o kēlā me kēia lā a me nā noi ʻepekema like ʻole. Mai nā kamaʻilio optical a hiki i ka hoʻomohala ʻana o ka ʻenehana laser, he mea nui ka hoʻomaopopo ʻana i nā nalu māmā. E kūkākūkā kēia ʻatikala i ke kumumanaʻo kumu o nā nalu māmā a hāʻawi i nā pilikia hoʻohālike e hoʻomaopopo hou aku i kēia kumuhana.
Manaʻo Kumu o nā Nalu Mālamalama
ʻO nā nalu māmā he ʻano nalu electromagnetic e hiki ke hoʻolaha me ka ʻole o ka pono o kahi mea waena. ʻAʻole e like me nā nalu kani, ka mea e pono ai ka ea e hoʻolaha, hiki i nā nalu māmā ke hele ma waena o kahi hakahaka. ʻO ka wikiwiki o ka mālamalama i loko o kahi hakahaka he mau, ma kahi o 299.792.458 mika i kekona, a i ʻole ma kahi o 300.000 kilomita i kekona.
He mau ʻano kūikawā ko nā nalu mālamalama, e like me ka reflection, refraction, diffraction, a me ka interference.
1. ʻAkaʻaka: Ke pā ka mālamalama i kahi ʻili a ʻakaʻaka hou ʻia.
2. Refraction: Hoʻololi i ke kuhikuhi o ka mālamalama ke hele ia ma ka palena o ʻelua mau mea like ʻole.
3. Diffraction: ʻO ka laha ʻana o nā nalu i ka wā e hele ana ma waena o kahi āpau haiki.
4. Keakea: ʻO ka hui pū ʻana o ʻelua mau nalu māmā e hiki ke hana i nā ʻano kūkulu a luku paha.
Kūkākūkā o nā Nalu Mālamalama
No ka hoʻopili ʻana i kēia mau manaʻo, e nānā kākou i kekahi mau pilikia hoʻohālike:
Nīnau 1: ʻŌlinolino o ke Mālamalama
Nīnau: Kuʻi kahi kukuna o ke kukui i kahi aniani pālahalaha ma ke kihi o ka hiki ʻana mai o 30 degere. He aha ke kihi o ka hoʻohuli ʻana o ke kukui?
Kūkākūkā: Ma muli o ke kānāwai o ke aniani ʻana, ua like ke kihi o ka hiki ʻana mai me ke kihi o ka aniani ʻana. No laila, inā he 30 degere ke kihi o ka hiki ʻana mai, a laila he 30 degere nō hoʻi ke kihi o ka aniani ʻana.
Pane: Ke kihi o ke akahele = 30 degere.
Nīnau 2: Ka Hoʻohuli ʻana o ke Mālamalama
Nīnau: Hele kahi mālamalama mai ka ea (refractive index n1 = 1) i loko o ka wai (refractive index n2 = 1,33) ma ke kihi o ka hiki ʻana mai o 45 degere. He aha ke kihi o ka refraction?
Kūkākūkā: E hoʻohana i ke kānāwai o Snell i ʻōlelo ʻia e ke ʻano hana:
n1 sin(θ1) = n2 sin(θ2)
Me n1 = 1, θ1 = 45 degere, n2 = 1,33. A laila:
hewa(θ2) = (n1 hewa(θ1)) / n2
= sin(45°) / 1,33
= 0,707/1,33
0,531
No ka loaʻa ʻana o θ2, hoʻohana mākou i ka inverse sine:
θ2 = arcsin(0,531) ≈ 32,1 kekelē.
Pane: Ke kihi o ka refraction ≈ 32,1 degere.
Nīnau 3: Ke Kūʻē ʻana o ka Mālamalama
Nīnau: Ma ka hoʻokolohua pālua ʻāpana o Young, ʻelua mau kukuna kūlike o ka nalu 600 nm e hana i kahi ʻano hoʻopilikia ma kahi pale. Inā ʻo ka mamao ma waena o nā ʻāpana ʻelua he 0,1 mm a ʻo ka mamao i ka pale he 2 mika, e hoʻoholo i ka mamao ma waena o ʻelua mau kāʻei ʻālohilohi e pili ana.
Kūkākūkā: Hāʻawi ʻia ka mamao ma waena o ʻelua mau kukuna ʻālohilohi (fringes) i loko o kahi ʻano hoʻopilikia e ka hoohalike:
Δy = (λ L) / d
ʻO kahi ʻo λ ka nalu (600 nm = 600 x 10^-9 m), ʻo L ka mamao i ka pale (2 m), a ʻo d ka mamao ma waena o nā ʻoki (0,1 mm = 0,1 x 10^-3 m).
Δy = (600 x 10^-9 m 2 m) / (0,1 x 10^-3 m)
= (1200 x 10^-9 m) / (0,1 x 10^-3 m)
= 0,012 m
= 12 mm.
Pane: ʻO ka mamao ma waena o nā kāʻei ʻālohilohi ʻelua he ≈ 12 mm.
Nīnau 4: Ka Diffraction o ke Mālamalama
Nīnau: Hele kahi kukui me ka nalu o 500 nm ma o kahi ʻāpana haiki me ka laulā o 0,02 mm. E hoʻoholo i ke kihi diffraction no ke kauoha mua!
Kūkākūkā: No kahi ʻoki hoʻokahi, ua hōʻike ʻia ke kihi diffraction no ke kauoha m e ka hoohalike:
he sin(θ) = m λ
No ke kauoha mua (m=1), hoʻololi mākou:
0,02 x 10^-3 m ka hewa(θ) = 1 500 x 10^-9 m
hewa(θ) = (500 x 10^-9 m) / (0,02 x 10^-3 m)
= 0,025
θ = arcsin(0,025) ≈ 1,43 kekelē.
Pane: Ke kihi diffraction kauoha mua ≈ 1,43 kekelē.
Ka hopena
ʻO ka hoʻomaopopo ʻana i nā kumumanaʻo kumu o nā nalu māmā a me ka hoʻopili ʻana iā lākou i nā pilikia e hiki ke kōkua i ka hoʻonui ʻana i ko mākou ʻike i kēia hanana. ʻAʻole wale nā nalu māmā ke kumu o nā hanana kūlohelohe he nui akā ʻo ke kahua hoʻi no ka hoʻomohala ʻana i nā ʻenehana hou e like me ke kamaʻilio fiber-optic a me nā lasers. Ma ka hoʻomaʻamaʻa ʻana i ka hoʻoponopono ʻana i nā pilikia e like me ka mea ma luna, ua manaʻolana ʻia e hoʻomaopopo maikaʻi ka poʻe heluhelu a hoʻopili i ke kumumanaʻo o nā nalu māmā i nā kūlana honua maoli.
He mea nui ka hoʻomaopopo ʻana i ke ʻano nalu o ke kukui ʻaʻole wale no nā haumāna physics akā no nā kānaka ʻepekema a me nā ʻenekinia e ʻimi nei e hoʻohana i ka mālamalama i ka ʻenehana a me ka ʻoihana. ʻO ka nui o ko mākou hoʻomaopopo ʻana a me ka hoʻomaʻamaʻa ʻana i kēia mea, ʻoi aku ka maikaʻi o kā mākou hoʻomohala ʻana i nā hopena hou e pōmaikaʻi ai i ke ola o kēlā me kēia lā a me ka holomua ʻenehana.
