Συμβολόμετρο:Τι είναι το πείραμα συμβολόμετρου Michelson;
Το πείραμα συμβολόμετρου Michelson είναι ένα πείραμα που χρησιμοποιεί ένα συμβολόμετρο για να χωρίσει μια δέσμη φωτός σε δύο δέσμες, να αντανακλά κάθε δέσμη από έναν καθρέφτη και στη συνέχεια να ανασυνδυάσει τις δέσμες. Στη συνέχεια, το προκύπτον μοτίβο παρεμβολής μελετάται για την κατανόηση των αποτελεσμάτων του πειράματος.
Το συμβολόμετρο είναι ένα πειραματικό εργαλείο που χρησιμοποιείται για ερευνητικούς σκοπούς στην επιστήμη και τη μηχανική. Συχνά χρησιμοποιούνται για να κάνουν πολύ μικρές μετρήσεις σε κλίμακες που είναι δύσκολο να γίνουν αντιληπτές με το ανθρώπινο μάτι ή τα περισσότερα όργανα μέτρησης. Υπάρχουν ορισμένα συμβολόμετρα που μπορούν να κάνουν μετρήσεις τόσο ακριβείς όσο το 1/10.000 του πρωτονίου. Το άτομο που εφηύρε τη μηχανή παρεμβολών ήταν ο Albert Michelson, και είναι αξιοσημείωτο ότι το έκανε τον 19ο αιώνα. Στην πραγματικότητα, ήταν το πείραμα Michelson-Morley που διέψευσε την παρουσία ενός φωτεινού αιθέρα, τον οποίο οι φυσικοί πίστευαν ότι υπήρχε μέχρι εκείνο το σημείο ως το μέσο μέσω του οποίου ταξίδευε το φως. Το γεγονός ότι ο αιθέρας διαψεύστηκε άνοιξε το δρόμο για τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας και τη γέννηση της σύγχρονης φυσικής. Τώρα, ας δούμε τη διαμόρφωση του συμβολόμετρου Michelson.
(Φωτογραφία:Stannered/Wikimedia Commons)
Τι είναι το μοτίβο παρεμβολής;
Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη λειτουργία και την κατασκευή ενός συμβολόμετρου, ας δούμε τι είναι η παρεμβολή. Εάν έχετε ρίξει ποτέ μια πέτρα σε ένα σώμα νερού, τότε γνωρίζετε ήδη τι είναι η παρέμβαση. Όταν η πέτρα πέφτει στο νερό, τα ομόκεντρα κύματα απομακρύνονται από το σημείο εισόδου της πέτρας. Εάν δύο ή περισσότεροι από αυτούς τους ομόκεντρους κύκλους τέμνονται, τότε το σχήμα του κύματος που προκύπτει αλλάζει. Η αλλαγή στο σχήμα του προκύπτοντος κύματος από τα δύο προηγούμενα τεμνόμενα κύματα είναι γνωστή ως παρεμβολή .
Ένα μοτίβο παρεμβολής.
Η αρχή της παρεμβολής είναι αρκετά διαισθητική και κατανοητή. Το παραπάνω σχήμα δείχνει δύο διαφορετικά είδη παρεμβολών:ολική εποικοδομητική παρεμβολή και ολική καταστροφική παρέμβαση . Η συνολική εποικοδομητική παρεμβολή εμφανίζεται όταν η κορυφή ενός κύματος συγχωνεύεται με την κορυφή του δευτερεύοντος κύματος. αθροίζονται και σχηματίζεται ένα νέο κύμα. Σε ολικές καταστροφικές παρεμβολές, η κορυφή ενός κύματος συναντά την κοιλάδα ενός άλλου κύματος ίσου μεγέθους. Όταν συμβεί αυτό, τα δύο κύματα αλληλοεξουδετερώνονται.
Seiche (μαύρο κύμα)
Ο βαθμός στον οποίο ένα κύμα βρίσκεται σε βήμα με ένα άλλο ονομάζεται φάση . Όταν η εποικοδομητική ή καταστροφική παρέμβαση εμφανίζεται σε μια οθόνη, δημιουργεί φωτεινά και σκοτεινά μοτίβα που είναι γνωστά ως μοτίβο παρεμβολής . Το μοτίβο παρεμβολής που δημιουργείται από το συμβολόμετρο είναι αυτό που μελετούν οι ερευνητές για να κατανοήσουν τα αποτελέσματα του πειράματος.
Διαμόρφωση
Σε ένα συμβολόμετρο Michelson, μια ακτίνα λέιζερ διέρχεται από έναν διαχωριστή δέσμης. όπως υποδηλώνει το όνομα, χωρίζει τη δοκό σε διαφορετικές δοκούς. Η μία δέσμη φωτός διέρχεται ευθεία, ενώ η άλλη δέσμη φωτός ανακλάται υπό γωνία 90ο από την άλλη δέσμη. Αυτό συμβαίνει στο σημείο C. Κάθε δέσμη ταξιδεύει κάτω από έναν βραχίονα του συμβολόμετρου και συναντά έναν καθρέφτη. Οι καθρέφτες αντανακλούν τις δύο δέσμες πίσω στον διαχωριστή δέσμης. Το σημείο όπου οι δύο δέσμες φωτός συνδυάζονται στο C' είναι το σημείο όπου εμφανίζεται το μοτίβο παρεμβολής.
Το σχέδιο παρεμβολής αντανακλάται από το σημείο C και το σχέδιο παρεμβολής εκτρέπεται σε έναν ανιχνευτή. Εάν υπάρχει γωνία μεταξύ των δύο ακτίνων επιστροφής, ο καταγραφέας θα την καταγράψει ως ημιτονοειδές μοτίβο κροσσών. Εάν δεν υπάρχει γωνία και οι δοκοί επιστροφής βρίσκονται σε τέλεια χωρική ευθυγράμμιση, τότε δεν θα σχηματιστεί σχέδιο παρεμβολής και θα παραχθεί μόνο μια δέσμη σταθερής έντασης. Ωστόσο, μια τέτοια τέλεια ευθυγράμμιση της δέσμης είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε εργαστηριακές ρυθμίσεις και απαιτεί εξαιρετική ακρίβεια.
(Φωτογραφία:Stigmatella/Wikimedia Commons)
Ο σχηματισμός κροσσών στο πείραμα Michelson φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Ο παρατηρητής έχει άμεση όψη του καθρέφτη M1 όπως φαίνεται μέσα από τον διαχωριστή δέσμης και μια εικονική εικόνα του M2 ως M 2'. Τα κρόσσια που σχηματίζονται στην πρώτη ρύθμιση μπορούν να ερμηνευθούν ως το φως που προέρχεται από την εικονική εικόνα S1' και S2 ' της αρχικής πηγής S. Η φύση του μοτίβου παρεμβολής που δημιουργείται εξαρτάται από τη φύση της πηγής φωτός και τον προσανατολισμό των κατόπτρων. Εάν οι καθρέφτες έχουν ελαφρά κλίση μεταξύ τους, το σχέδιο παρεμβολής παίρνει το σχήμα κωνικών τμημάτων. Εάν τα M1 και M2' επικαλύπτονται, θα δημιουργήσουν παρεμβολή μοτίβο που αποτελείται από ευθείες, παράλληλες και ίσης απόστασης εικόνες. Η αλλαγή στο μοτίβο παρεμβολής του συμβολόμετρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη και τη μέτρηση διαφόρων αντικειμένων (ή σωματιδίων).
