Լույսի ալիքի կիրառման հարցերի օրինակ
Լույսի ալիքները բնական երևույթ են, որն ունի բազմաթիվ կիրառություններ առօրյա կյանքում և գիտության մեջ: Օպտիկայից մինչև ժամանակակից կապի տեխնոլոգիաներ, լույսի ալիքների ըմբռնումը կարևոր դեր է խաղում տեխնոլոգիայի և գիտության զարգացման գործում: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք լույսի ալիքների կիրառությունների մի քանի օրինակներ և կբացատրենք այս թեմային վերաբերող հիմնական հասկացությունները:
Պենդահուլուան
Լույսը մարդու աչքի համար տեսանելի էներգիայի մի տեսակ է: Որպես էլեկտրամագնիսական ալիք, լույսն ունի այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են ալիքի երկարությունը, հաճախականությունը և արագությունը: Տեսանելի լույսի ալիքի երկարությունը 400-700 նանոմետր (նմ) միջակայքում է: Այս հատկություններն ուսումնասիրելով՝ մենք կարող ենք հասկանալ լուսային ալիքների հետ կապված տարբեր կիրառությունները, ինչպիսիք են օպտիկական տեխնոլոգիաները, աստղագիտությունը և այլն:
Լույսի ալիքների հիմնական հասկացությունը
Օրինակներ բերելուց առաջ լավ կլինի սովորել լուսային ալիքների հետ կապված որոշ հիմնական հասկացություններ.
1. Լույսի արագությունը. Վակուումում լույսը տարածվում է վայրկյանում 299.792.458 մետր հաստատուն արագությամբ (կամ կլորացված է մինչև 3 x 10^8 մ/վ):
2. Ալիքի երկարություն և հաճախականություն. Լույսի ալիքի երկարության (λ) և հաճախականության (f) միջև եղած կապը արտահայտվում է հետևյալ հավասարմամբ.
\[
c = \lambda \cdot f
\]
որտեղ \(c\)-ն լույսի արագությունն է։ Այս հավասարումից կարող ենք որոշել մեկը, եթե գիտենք մյուսը։
3. Լույսի բեկում. Երբ լույսն անցնում է երկու տարբեր միջավայրերի միջև ընկած սահմանային մակերևույթով, դրա արագությունը փոխվում է, և դա առաջացնում է բեկում: Այս երևույթի հիմքում ընկած է Սնելի օրենքը.
\[
n_1 \cdot \sin(\theta_1) = n_2 \cdot \sin(\theta_2)
\]
որտեղ n(1)-ը և n(2)-ը առաջին և երկրորդ միջավայրի բեկման ցուցիչներն են, իսկ θ1-ը և θ2-ը՝ անկման և բեկման անկյունները։
4. Ինտերֆերենցիա. Երբ երկու կամ ավելի լուսային ալիքներ հանդիպում են, դրանք կարող են կամ ուժեղացնել, կամ թուլացնել միմյանց։ Սա կոչվում է ինտերֆերենցիա։
5. Բևեռացում. Գործընթաց, որի ընթացքում լույսի ալիքները փոխվում են տատանվելու միայն մեկ հարթությունում։
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Այս բաժնում մենք կուսումնասիրենք լուսային ալիքների կիրառությունների վերաբերյալ որոշ օրինակելի խնդիրներ։
Հարց 1. Լույսի խանգարում
Երկու նեղ ճեղքեր, որոնք գտնվում են միմյանցից 0,5 մմ հեռավորության վրա, լուսավորվում են 600 նմ ալիքի երկարությամբ լույսով: Էկրանը, որի վրա պրոյեկտվում է ինտերֆերենցիայի պատկերը, գտնվում է կրկնակի ճեղքերից 2 մետր հեռավորության վրա: Հաշվարկեք առաջին պայծառ գոտու և դրա կենտրոնի միջև եղած հեռավորությունը:
Քննարկում.
Կրկնակի ճեղքի կողմից առաջացած ինտերֆերենցիայի պատկերը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[
y = \dfrac{m \cdot \lambda \cdot L}{d}
\]
Առաջին պայծառ գոտու համար՝ \(m = 1 \):
\[
y = \dfrac{1 \cdot 600 \times 10^{-9} \cdot 2}{0.5 \times 10^{-3}}
\]
\[
y = \dfrac{1200 x 10^{-9}}{0.5 x 10^{-3}}
\]
\[
y = 2.4 \times 10^{-3} \text{մետր} \]
\]
Այսպիսով, առաջին պայծառ գոտու և կենտրոնի միջև հեռավորությունը 2.4 մմ է։
Հարց 2. Լույսի բեկումը
550 նմ ալիքի երկարությամբ լույսի ճառագայթը օդից մտնում է ջրի մեջ 30° անկման անկյան տակ։ Որոշեք ջրի բեկման անկյունը։ Ջրի բեկման ցուցիչը 1,33 է։
Քննարկում.
Այս խնդիրը լուծելու համար օգտագործեք Սնելի օրենքը.
\[
1.0 sin(30^circ) = sin(theta_2)
\]
\[
0.5 = 1.33 \cdot \sin(\theta_2)
\]
\[
\sin(\theta_2) = \dfrac{0.5}{1.33} \approx 0.375
\]
\[
\theta_2 = \sin^{-1}(0.375) \approx 22^\circ
\]
Այսպիսով, ջրի մեջ բեկման անկյունը մոտ 22° է։
Հարց 3. Հեղուկների բևեռացումը
1,5 բեկման ցուցիչ ունեցող հեղուկի մեջ է ուղղվում ոչ բևեռացված լույս։ Որոշեք, թե որ անկյունում է լույսը լիովին բևեռացված (Բրյուսթերի անկյուն)։
Քննարկում.
Բրյուսթերի անկյունը (\( \theta_B \)) գոյություն ունի, երբ՝
\[
\tan(\theta_B) = n
\]
\[
\tan(\theta_B) = 1.5
\]
\[
\theta_B = \tan^{-1}(1.5) \approx 56.3^\circ
\]
Այսպիսով, հեղուկի համար Բրյուսթերի անկյունը մոտ 56.3° է։
Եզրակացություն
Լույսի և դրա ալիքների հիմնարար հասկացությունների ըմբռնումը թույլ է տալիս մեզ լուծել լույսի հետ կապված մի շարք խնդիրներ գործնական իրավիճակներում: Ինչպես քննարկվեց, այնպիսի հասկացություններ, ինչպիսիք են ինտերֆերենցիան, բեկումը և բևեռացումը, բոլորը կարևոր դեր են խաղում ժամանակակից տեխնոլոգիական կիրառություններում, ներառյալ օպտիկան և կապը: Լույսի ալիքների մանրակրկիտ ուսումնասիրությունը և ըմբռնումը կարևոր է ոչ միայն գիտնականների, այլև տեխնոլոգիայով և դրա հիմքում ընկած ֆիզիկայով հետաքրքրվող յուրաքանչյուրի համար: Կիրառելով այս գիտելիքները՝ մենք կարող ենք լուծել ապագա տեխնոլոգիական զարգացման մարտահրավերները:
