این آینه چقدر چرخیده است؟

اندازه‌گیری زوایای کوچک با استفاده از لیزر و اپتیک هندسی

مقدمه:

وقتی که نور به یک سطح صیقلی می‌تابد، بخشی از آن بازتاب می‌شود. چگونگی بازتاب نور از سطح، پیرو قانون بازتاب است که بنابر آن، نور با زاویه‌ای برابر با زاویه میان راستای انتشار پرتو فرودی و خط عمود بر سطح (زاویه فرود)، بازتاب می‌شود و همچنین پرتو تابش و بازتابش و خط عمود، همگی در یک صفحه قرار دارند. بر این اساس هرگونه تغییری در زاویه سطح بازتابنده منجر به دو برابر همان میزان تغییر در زاویه بازتاب خواهد شد.

 در مواردی مانند ارتعاش شیشه ساختمان در اثر عبور کامیون، می‌توان با بررسی نورهای بازتابیده از سطح، زاویه یا دامنه ارتعاش را اندازه‌گیری نمود. به دلیل خاصیت انتشار با واگرایی کم نور لیزر و امکان تولید آن در محدوده­ نور مرئی، در این اندازه‌گیری‌ها می‌توان از بازتاب لیزر استفاده کرد و با بررسی بازتابش در فاصله زیاد دقت ارزیابی ارتعاش یا تغییر زاویه را بالا برد.

اسکنرها یا روبشگرها نیز اغلب از همین بازتابش نور از آینه چرخان، بهره می‌برند. در طراحی یک اسکنر بسته به نیاز، ممکن است از یک چند وجهی که سطوح آن برای بازتابش نور لایه نشانی شده است، استفاده شود تا هر وجه با چرخش یک خط بسازد. در این صورت دقت چنین قطعه‌ای برای آنکه خط‌ها روی هم بیافتند، بسیار مهم می‌شود.

 

هدف:

در این آزمایش قصد داریم با استفاده از نور لیزر و روابط مثلثاتی ساده، زاویه چرخش یک آینه را محاسبه می‌کنیم .

 

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

نور لیزر را به یک آینه تابانده و با اندازه‌گیری موقعیت لکه بازتابیده بر روی پرده، زاویه چرخش آینه را تخمین می‌زنیم. برای این منظور به اقلام زیر نیاز داریم:

 

برای انجام علمی‌تر آزمایش و افزایش دقت، این روش‌ها به شما کمک می‌کند:

  • موازی کردن پرتو لیزر با میز

 

آزمایش:

  • پرده‌ای روی دیوار نصب کرده و لیزر را پشت به پرده و با فاصله از آن قرار دهید. برای افزایش دقت آزمایش، پرتو لیزر را با سطح میز موازی کنید.
  • آینه تخت را با فاصله مشخص از لیزر و رو به آن نصب نمایید. دقت کنید که این فاصله (h) در طی آزمایش باید ثابت باقی بماند.

  • ارتفاع آینه را طوری تنظیم نمایید که پرتو لیزر بازتابیده از آن بر روی پرده، در راستای لیزر قرار گیرد.
  • حال بطور دلخواه، آینه را مقدار کمی حول محور قائم بچرخانید (α)، سپس محل پرتو بازتابیده را بر روی پرده علامت زده و با استفاده از خط کش، فاصله آن را تا لیزر اندازه بگیرید(L).

  • در ادامه، آینه را در همان جهت قبلی کمی بچرخانید (β)، خواهید دید که محل پرتو بازتابی روی پرده جابجا می‌شود. به طور مشابه، فاصله لکه لیزر را تا نقطه قبلی (که در مرحله قبل آن را مشخص کردید)اندازه بگیرید(d).

  • به این ترتیب می‌توانید با استفاده از روابط زیر، میزان چرخش پرتو بازتابی را در قسمت دوم بدست آورید:

tanβ= (d+L) /h= 1m → tanβ  = d+L

tanα = L/h=1m → tanα = L

Θ = β-α

  • حال با توجه به این نکته که اگر آینهX درجه بچرخد، پرتو بازتابی 2X درجه خواهد چرخید، می‌توانید میزان چرخش آینه را در قسمت دوم حساب کنید. به عبارت دیگر میزان چرخش آینه در قسمت دوم برابر نصف  θ می‌باشد.

 

کاربرد:

اندازه‌گیری تغییر زوایای کوچک، غالبا امری دشوار بوده و با خطا همراه است که با این روش می‌توان تا حد زیادی دقت این اندازه‌گیری را بالا برد.

  

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • دقت اندازه‌گیری به چه معناست؟
  • چطور می‌توان دقت را بالا برد؟
  • توجه کنید که در هر اندازه‌گیری خطا و تعیین آن خیلی مهم است. در واقع فقط با دانستن خطا، تعداد رقم بعد از اعشار معنی پیدا می‌کند.
  • توجه داشته باشید در این آزمایش، دقت در تغییر زاویه است و اندازه خود زاویه اولیه را نمی‌توان به طور دقیق اندازه‌گیری کرد.

  

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