چگونه می‌توان مسیر حرکت توپ را تصویرکرد؟

استفاده از نور لیزر به عنوان استروبوسکوپ با استفاده از اسیلاتور

مقدمه:

منظور از مدولاسیون نور این است که مثلا با قطع و وصل کردن نور بتوان اطلاعاتی را روی آن سوار کرد. مدولاسیون نور لیزر از موضوعات مهم در برخی زمینه‌های کاربرد لیزر، مانند مخابرات نوری است. زیرا اطلاعاتی که قرار است در فیبر نوری انتقال یابد، ابتدا مادوله شده یا به عبارتی اطلاعات روی آن سوار می شود. نحوه سوار کردن اطلاعات متنوع است ولی در اینجا، روش کنترل تغذیه لیزر برای ایجاد تغییر در شدت نور خروجی لیزر تجربه می‌شود.

با یک مدار ساده اسیلاتور درمسیر تغذیه لیزر، می‌توان لیزر را با بسامد دلخواه روشن و خاموش نمود که ساده‌ترین نمایش مادوله‌سازی نور لیزر است. اسیلاتور یک مدار الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) را از منبع تغذیه گرفته و به سیگنالی با جریان متناوب تبدیل می‌کند که تکرارشونده و نوسانی با فرکانس یا بسامد قابل انتخاب است. تغذیه لیزر با اسیلاتور، لیزر را به یک لامپ استروبوسکوپ تبدیل می‌کند که با استفاده از یک نور چشمک‌زن، اشیاء مرتعش یا در حال دوران را ثابت و ساکن به نظر می‌آورد. برای مثال؛ اگر نوری که ۱۰ بار در ثانیه چشمک می‌زند، بر روی پنکه‌ای که سرعت دوران آن ده دور در ثانیه است تابانده شود، پنکه به نظر ثابت و بی حرکت می‌آید. هر بار که نور پنکه را روشن می‌کند، پنکه در همان نقطه از دوران یا گردش قبلی خود قرار دارد. بررسی یک شئ مرتعش یا در حال دوران با این روش، نظیر دوران پروانه یا قطعه‌ای از موتور، یا سقوط آزاد یک جسم و یا حرکت یک جسم، می‌تواند حرکاتی را که در  حالت عادی اصلا به چشم نمی‌آیند، آشکار سازد. علاوه بر این، درصورتیکه فرکانس یا بسامد نور چشمک زن دقیقا معلوم باشد، می‌توان از آن برای اندازه‌گیری یا تنظیم تندی دوران و ارتعاش استفاده کرد. در موتور اتومبیل، زمان‌بندی احتراق را با استفاده از چراغ زنون چشمک زن تنظیم می‌کنند.

 

هدف:

در این آزمایش قصد داریم به مطالعه و بررسی دستگاه استروبوسکوپ لیزری بپردازیم. این وسیله با استفاده از یک لیزر چشمک زن، اشیاء مرتعش یا در حال دوران را ثابت و ساکن به نظر می آورد و جسم متحرک را در مقاطع خاص با فاصله زمانی یکسان قابل دیدن می‌کند. این اصل علمی برای مطالعه حرکت دوار، رفت و برگشتی ، نوسانی یا مرتعش اشیاء استفاده می‌شود. اجزای ماشین و تارهای مرتعش از نمونه‌های متداول هستند.

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

می‌خواهیم با استفاده از یک مدار الکترونیکی، نور لیزر را با فرکانس یا بسامد مشخص و قابل تنظیم، قطع و وصل یا به عبارتی مادوله کنیم و از این ابزار برای مطالعه جسم متحرک استفاده نماییم. برای این منظور به اقلام زیر نیاز داریم:

 

آزمایش:

  • ابتدا به منظور گسترده کردن نور لیزر، عدسی جلوی لیزر را بردارید و اگر عدسی قابل برداشتن نیست می‌توانید با یک عدسی نور لیزر را واگرا و گسترده کنید. البته می توانید هردو حالت برداشتن عدسی و اضافه کردن عدسی دیگر را امتحان کرده و تفاوت را مشاهده و توجیه کنید.

  • یک مدار اسیلاتور را به برق وصل کرده و جریان خروجی از آن را به لیزر متصل کنید. برای اتصال و قطعولتاژ ورودی به لیزر می‌توان مدارهای مختلفی طراحی کرد ولی در همه موارد، اساس کار، مداری است که می‌توان به کمک آن و با تنظیم یک ولوم، ولتاژ رسیده به لیزر را با فرکانس دلخواه قطع و وصل کرد که در آن صورت نور لیزر نیز با فرکانس انتخابی، قطع و وصل می‌گردد.
  • فن را به موتور مربوطه متصل کرده و آن را در مسیر باریکه لیزر قرار دهید.
  • با کمک فرکانس اسیلاتور، بسامد نور لیزر را تنظیم کنید. اگر این فرکانس کم باشد (در حدود یک هرتز)، یعنی یک قطع و وصل در ثانیه، قطع ووصل نور لیزر با چشم قابل تشخیص خواهد بود. اما در صورتی که فرکانس بالا باشد قطع و وصل شدن نور لیزر با چشم قابل تشخیص نیست. در این حالت نور لیزر را علی‌رغم آن که در حال قطع و وصل شدن است، به صورت پیوسته مشاهده خواهید کرد. می‌توانید بررسی کنید از چه فرکانسی با بالا، چشم دیگر قادر به تشخیص روشن و خاموش شدن لیزر نیست.
  • فن را به موتور مربوطه (که دور آن هم قابل تغییر است) متصل کرده و آن را در مسیر باریکه لیزر قرار دهید.
  • موتور فن را روشن کرده و چرخش پروانه را با نور استروبوسکوپ مشاهده کنید.
  • می‌توانید با تنظیم صحیح فرکانس لیزر، پروانه را متوقف ببینید. با چرخاندن بیشتر ولوم استروبوسکپ توقف‌های دیگری را نیز ملاحظه خواهید کرد که در هر کدام از آن‌ها پروانه‌های متعددی موجود هستند. این تعداد به نسبت میان دور موتور و فرکانس نور لیزر بستگی دارد.

  

کاربرد:

  • استروبوسکوپ کاربردهای فراوانی دارد، برای مثال می‌توان از آن برای دورسنجی موتور و بررسی میزان نظم حرکت موتور استفاده کرد. لامپ‌های استروبوسکوپ معمولاً از جنس لامپ‌های زنون می‌باشد و در تعمیرگاه‌های ماشین به طور متداول استفاده می‌گردند. علاوه بر آن چنین لامپ‌هایی برای مطالعه حرکات و قوانین حرکت به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • از استروبوسکوپ برای تنظیم زمان‌بندی احتراق موتورهای داخلی،مشاهده‌ عملکرد تارهای صوتی بیمار، مطالعه فشار‌های روی ماشین در حال حرکت، اندازه‌گیری سرعت چرخ ها و ماشین‌های در حال حرکت و … نیز استفاده می‌شود.

 

سؤال، پیشنهاد ونکته:

  • در یک اتاق کاملاً تاریک نور لیزر را روشن کرده، فرکانس را تنظیم نموده و حرکت سقوط آزاد یک گلوله را مشاهده کنید. البته برای انجام این مشاهده باید حتماً از صحنه عکس برداری شود و برای عکس برداری بهتر است تدابیری از قبیل همزمان کردن روشن بودن لیزر و سقوط گلوله و عکس برداری اندیشیده گردند. همچنین می‌توانید دهانه دوربین را باز نگه داشته و فقط سقوط گلوله و روشن شدن لیزر را همزمان کنید.اگر در حالیکه گلوله‌ای را به بالا پرتاب کرده و لامپ استروبوسکوپ صحنه حرکت گلوله را روشن کرده، از این صحنه عکس بگیرید می‌توانید مسیری را که برای حرکت گلوله میبینید، ترسیم کنید. همچنین با تنظیم فرکانس، می‌توانید تعداد نقاط روشن این مسیر حرکت را تغییر دهید.
  • درباره تفاوتی که هنگام اضافه کردن یا برداشتن عدسی برای واگرا کردن و گسترده کردن نور لیزر می بینید، فکر کنید.
  • یک مداد را مقابل لیزر، مادوله شده تکان دهید. چندین مداد در فاصله‌های خاصی دیده می‌شود که با تغییر فرکانس لیزر این تعداد تغییر می‌کند. این پدیده با تکان دادن مداد در مقابل تلویزیون‌های قدیمی نیز دیده می‌شد. علت 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