چطور می‌توانید ارتعاش محیط اطرافتان را ببینید؟

بررسی و اندازه‌گیری ارتعاش محیط با مشاهده بازتاب لیزر از سطح مایع

مقدمه:

وقتی نور به سطح یک مایع تابیده می‌شود، بخشی از آن بازتاب می‌شود. زاویه بازتاب با زاویه تابش برابر است ولی شدت نور بازتابی به زاویه تابش بستگی دارد. هر چه زاویه پرتوهای فرودی با سطح کمتر باشد یا به عبارتی زاویه بازتاب بیشتر باشد، شدت نور بازتابی بیشتر خواهد شد. البته در صورتیکه منبع نور قطبیده‌ای مانند لیزر استفاده می‌شود، باید در نظر داشت که شدت بازتاب به قطبش نور تابشی هم بستگی دارد. برای آشنایی بیشتر با این مفهوم آزمایش مربوط به زاویه بروستر را نگاه کنید. بر اساس این مسئله هرچند در این آزمایش زاویه تابش ممکن است خیلی به عمود نزدیک باشد و اثر قطبش ناچیز باشد ولی برای جلوگیری از احتمال از دست دادن شدت نور، بهتر است قطبش نور تابش را موازی سطح بازتابنده یا همان قطبش عرضی انتخاب کنیم.

از آنجایی که زاویه بازتابش همواره برابر با زاویه تابش می‌باشد، مسلم است که هر تغییری در اندازه زاویه تابش منجر به همان میزان تغییر در زاویه بازتابش خواهد شد، بنابراین هرگاه به دلیلی سطح مایع در نقطه فرود پرتو تغییر وضعیت بدهد، زاویه تابش و در نتیجه آن، زاویه بازتاب لیزر نیز تغییر خواهد کرد.

به این ترتیب اگر پرتو لیزر را به سطح مایع مرتعشی بتابانیم، مشاهده خواهیم کرد که به دلیل تغییرات زاویه تابش، بازتاب ازسطح متاثر از ارتعاشات مایع می‌شود. البته بسته به نوع مایع، این ارتعاش می‌تواند شدید باشد و یا با حساسیت کمتری اتفاق بیافتد به عنوان مثال آب به سادگی به ارتعاش درمی‌آید ولی روغن اینرسی بیشتر و ارتعاش کمتری دارد .

 

هدف:

در این آزمایش قصد داریم تاثیر ارتعاش سطح مایع را بر روی بازتاب نور لیزر از این سطح نشان دهیم. در صورتیکه پرتوهای بازتابی را ثبت کنیم، می‌توانیم با کمک روابط ساده مثلثاتی، اطلاعات مفیدی در مورد این ارتعاشات بدست آوریم.

 

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

در حالی که نور لیزر را به لیوان آب می‌تابانیم، آب را مرتعش کرده و بازتاب نور را از آن ثبت و بررسی می‌کنیم. برای این کار به اقلام زیر نیاز داریم:

 

آزمایش:

  • یک ظرف آب روی میزبگذارید.
  • لیزر را روی یک سطح قائم به گونه‌ای نصب کنید که باریکه آن بر سطح مایع بتابد. بازتاب نور لیزر را روی سقف مشاهده خواهید کرد.

  • ضربه‌ای به میز و یا ظرف مایع وارد کنید.
  • می‌بینید که ارتعاشی که در آب ایجاد می‌شود. بازتاب را هم به ارتعاش در می‌آورد.با گذاشتن یک آشکارساز در موضع، می‌توان این ارتعاش را کمی کرده و به مطالعه محیط پرداخت.

آزمایش پیشرفته‌تر:

به جای تاباندن پرتو لیزر به سطح مایع، آن را به آینه کوچکی که روی یک عامل ارتعاش نصب شده است، بتابانید. با این روش می‌توانید تغییر زاویه ناچیز آینه را ارزیابی کنید. استفاده از لیزر به این دلیل پیشنهاد می‌شود که می‌تواند تا مسافت طولانی بدون واگرایی منتشر شود. به این ترتیب با ارتعاش آینه، نور لیزر بازتابیده در پرده مقابلش نیز جابجا می­شود و با اندازه‌گیری مقدار این جابجایی می­توان به دامنه تغییرات زاویه آینه پی‌برد. از لحاظ هندسی به­ راحتی می­توانید این امر را توجیه کنید. جالب است که هرچه که تغییر زاویه کوچک باشد، با افزایش فاصله پرده از آینه می­توان اندازه­‌گیری دقیق‌تری را انجام داد. برای این منظور، به ترتیب زیر عمل کنید:

  • لیزر را روی نگهدارنده محکم نصب کنید.
  • آینه را روی نگهدارنده‌ای نصب کنید که می‌خواهید زاویه سنجی کنید. آینه باید طوری قرار داده شود که نور لیزر روی آن بتابد.
  • بازتاب نور از آینه را روی پرده‌ای بیندازید که بتوانید اندازه‌گیری جابجایی را روی آن انجام دهید.
  • هر نوع ارتعاش در آینه به صورت نوسانات و حرکت نور بازتابی دیده خواهد شد.
  • جابجایی نور لیزر را روی پرده اندازه‌گیری کنید.
  • این جابجایی با افزایش فاصله پرده از آینه زیاد خواهد شد، به نحوی که زاویه انحراف نور لیزر قبل و بعد از تغییر زاویه یا ارتعاش آینه ثابت می‌ماند.
  • زاویه انحراف نور لیزر دو برابر تغییر زاویه آینه است که خود کمکی برای افزایش دقت اندازه‌گیری خواهد بود.
  • در صورتی که ارتعاش را بررسی می‌کنید، محدوده‌ای که لیزر گسترده می‌شود را اندازه‌گیری کنید و از آن زاویه ارتعاش را بدست آورید.

 

*بخش تکمیلی:

  • می‌توانید آینه را روی یک بلندگو نصب کنید و ارتعاشات آن را با تغییرات صدا بررسی کنید.
  • می‌توانید آینه را روی پنجره نصب کنید یا از بازتاب لیزر از شیشه پنجره استفاده کنید و در فاصله مناسب اثر ارتعاشات محیط مثل گذشتن یک کامیون یا پا کوبیدن به زمین را بررسی کنید.
  • برای ثبت تغییرات می‌توانید کاغذی با اندازه متناسب با تغییرات را روی پرده بچسبانید و با مداد محدوده‌ها را علامت‌گذاری کنید.
  • می‌توانید از صحنه عکس بگیرید و تحلیلتان را دقیق‌تر کنید.
  • اگر ارتعاش را بررسی می‌کنید تغییرات ارتعاش به صورت نقش‌های مختلفی روی پرده می‌افتد که می‌توانید این نقش‌ها را تحلیل کنید.
  • می‌توانید آینه را روی یک پل نصب کنید و ارتعاشات را ثبت کنید.
  • دقت کنید که هرچه ارتعاشات کمتر باشد دقت نصب آینه و لیزر مهم‌تر می‌شود و ممکن است برای یک کار حرفه‌ای نیاز به ابزار دقیق‌تری برای نصب داشته باشید چون هرگونه ارتعاش ناشی از نگهدارنده‌های لیزر یا نگهدارنده آینه روی پرده ثبت خواهد شد.

 

کاربرد:

  • بررسی شدت و نوع ارتعاش محیط

 

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • آزمایش را با ظرف روغن تکرار کرده و نتیجه را بررسی کنید.
  • به جای ضربه زدن به میز از عوامل دیگری برای ارتعاش لیوان استفاده کنید و نظم ارتعاش را بررسی کنید.

 

آزمایش‌های مرتبط:

  

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با