نقش‌های جالبی که دو پرده روی هم ایجاد می‌کنند

نوارهای مویره (ماره) و ارتباط آن با تداخل نور

 

مقدمه:

 تا کنون نقش‌های ناشی از افتادن پرده‌های توری روی یکدیگر را دیده‌اید؟ این نقش‌ها را در جاهای دیگر مثل نرده‌ها یا برخی نقش‌های راه راه در عکس‌ها و فیلم‌ها نیز می‌توان دید. به این نوارها و نقش‌ها نوارهای ماره  (Moiré pattern) می‌گویند.

اگر دو طلق شفاف که روی آنها خط‌های موازی نزدیک به هم کشیده شده باشد را روی هم قرار دهیم، شاهد ایجاد نوارهای تاریک و روشن هستیم که با تغییر زاویه دو طلق نسبت به هم، فاصله آن نوارها از همدیگر تغییر می کند.

خط‌های موازی که روی طلق کشیده می‌شود نوعی توری را می‌سازد که به خاطر فاصله زیاد آنها از یکدیگر، توانایی پراش را ندارند و اصطلاحا به آنها توری رانکی  (Ronchi grating) می‌گویند. فاصله خطوط در این توری‌ها از مرتبه میلیمتر تا صدم میلیمتر است. فاصله نوارهای ماره ایجاد شده به فاصله خط‌های توری و زاویه دو توری وابسته است.

‌‌

شما می توانید توری‌های نه چندان فشرده را (حدود میلیمتری) در برنامه‌های کامپیوتری رسم و روی طلق‌های شفاف چاپ کنید و با آن آزمایش‌های جالبی طراحی کنید. همچنین می‌توانید فاصله و ضخامت خطوط را کم و زیاد کنید و یا فاصله خطوط را نایکنواخت کنید و اثر آن را نقش‌های ایجاد شده ببینید.

جالب است که بدانید در این ساختارهای تناوبی و راه راه فشرده، پدیده‌ای مشابه آنچه در تداخل نور  (Light interference) اتفاق می‌افتد، پیش می‌آید. شباهت نوارهای ایجاد شده در این آزمایش با تداخل نور در این است که جبهه موج نور  (Wave front of light) را با شکلی شبیه همین خط‌های موازی ترسیم می‌کنیم که فاصله خط‌ها معادل طول موج (Wavelength) و جهت آنها جهت انتشار نور است. اگر دو جبهه موج را باهم با زاویه‌ای تداخل دهیم، در آنجا هم نوارهای تداخلی ایجاد می‌شوند که به طول موج نور و زاویه دو باریکه بستگی دارد. اینجا هم فاصله نوارها به فاصله خطوط توری (که اینجا شبیه طول موج نور در جبهه موج عمل می‌کند) و زاویه تلاقی دو توری بستگی دارد. در واقع مثل این است که هر کدام از توری‌ها مثل یک جبهه موج نور عمل کرده است که فاصله خطوط توری همان طول موج آن جبهه موج است. این پدیده نشان می‌دهد که چقدر فرض موجی بودن نور و طول موج نسبت داده شده و تداخل قابل لمس است.

هدف:

 در این آزمایش با نوارهای ماره، ارتباط آن با تداخل نور و کاربردهای آن آشنا خواهیم شد .

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

 در این آزمایش می‌خواهیم دو توری را روی هم قرار دهیم و اثر این برهم‌نهی را بررسی کنیم. برای مشاهده و بررسی نوارهای ماره، تنها به دو توری نیاز داریم!

آزمایش:

 ابتدا دو توری ساده با خطوط سیاه و سفید موازی و فاصله مساوی را روی یکدیگر قرار دهید بطوریکه بتوانید نوارهای تاریک و روشن ماره را مشاهده کنید. این نوارها تداعی نقش‌های تاریک و روشنی را می‌کند که در پرده خانه یا برخی تصاویر تلویزیون از نقش‌های راه‌راه و این قبیل مناظر شاهد بوده‌اید.

زاویه دو توری را تغییر داده و تاثیر آن را بر روی فاصله نوارها بررسی کنید. هرچه زاویه دو توری کمتر شود نوارها از هم بازتر می‌شوند و بر عکس با افزایش زاویه بین دو توری نوارها فشرده‌تر می‌شوند. 

با تنظیم زاویه صفر، خط‌های توری را بر هم منطبق کنید. می‌بینید که نوارها محو می‌شوند یا تمام صفحه را پر می‌کنند .

 با توجه به رابطه موجود بین زاویه دو توری، فاصله خط‌های توری و فاصله نوارهای تاریک و روشن ایجاد شده، می‌توانید این رابطه را بررسی کنید. برای فهمیدن اساس این رابطه، دو دسته توری را با خط کش و با دقت روی کاغذ رسم کنید و با کمک روابط هندسی رابطه را استخراج کنید. می‌بینید که فاصله نوارهای ایجاد شده با فاصله خط‌های توری نسبت مستقیم و با دو برابر سینوس نصف زاویه بین دو توری نسبت عکس دارد.

  d=2 sin ϴ/2

در واقع نوارهای تاریک مکان هندسی نقاطی است که خط‌های توری با هم تلاقی کرده‌اند و آنجا فشرده‌تر و به صورت خط به نظر می‌آید. نوارهای تاریک و روشن در امتداد نیمساز دو دسته توری قرار دارند. در اصل زاویه تلاقی را بین دو خط عمود بر خط‌های توری در نظر می‌گیریم .در این مرحله، با ثابت نگه داشتن زاویه، یکی از توری‌ها را حرکت دهید. در این صورت حرکت نوارهای تاریک و روشن را مشاهده خواهید کرد .توری‌های استفاده شده در این آزمایش را می‌توان به جبهه موج نور تشبیه کرد که عمود بر راستای انتشار نور است. در این صورت فاصله خطوط توری معادل طول موج خواهد بود. آنچه در تداخل دو دسته پرتو نورانی لیزر در آزمایش‌های تداخل اتفاق می‌افتد خیلی شبیه این آزمایش است .

می توانید در نرم افزارهای مختلف مثلا ورد، یک دو دسته خط رسم کنید و زاویه، ابعاد و موقعیت آن‌ها را نسبت به هم تغییر دهید تا تغییر وضعیت نقش ماره را ببینید و با رابطه بالا بررسی کنید. همچنین می‌توانید نوارها را نایکنواخت تنظیم کنید و اثر آن را ببینید و تفسیر کنید.

کاربردها:

 تکنیک ماره در موارد زیر کاربرد دارد:

  • مطالعه تغییرات بلورها از مرتبه دهم نانومتر، نمایش ابیراهی (Aberration) دستگاه‌های نوری، اندازه‌گیری جابجایی‌های کوچک نوسانات و انحراف نور با دقت بالا و …

سؤال پیشنهاد ونکته:

  • راجع به ارتباط این پدیده با تداخل نور فکر کنید و شواهد دیده شده در این آزمایش را با آن ارتباط دهید.
  • وقتی که یک نقش راه‌راه را با دوربین عکاسی تصویر می‌کنیم در واقع فرصتی برای تداخل با خط‌های تصویرCCD فراهم کردیم که می‌توانید درباره آن نیز فکر کنید.
  • با گشتی در اینترنت از کاربردهای نوارهای ماره با خبر شوید و درباره آن‌ها و ارتباط با تداخل نور فکر کنید.
  • به چگونگی استفاده از نوارهای ماره درCNC ها فکر کنید.
  • می‌توانید به جای دو توری که از خطوط موازی تشکیل شدهاز یک توری با خطوط موازی مستقیم و یک توری با خطوط موازی دایروی استفاده کنید.
  • بین نوارهای ماره و تداخل نور ارتباطبرقرار کنیم. تداخل نور، ناشی از همدوسی  (Coherence)بود، در اینجا نیز این نظم در توری رانکی است که تداعی همدوسی را می‌کند. راجع به همدوسی در نور و ایجاد تداخل و همچنین همدوسی در توری رانکی و همدوسی در نور فکر کنید.
  • اگراین همدوسی در نور وجود نداشت تداخل ایجاد نمی‌شد حال اگر این همدوسی در توری رانکی وجود نداشته باشد تداخل ایجاد نمی‌شود در مورد معنی آن می‌توانید فکر کنید.

 

ایده‌پردازی:

  • ابزاری برای اندازه‌گیری دقیق جابجایی با استفاده از توری رانکی طراحی کنید. دقت آن به چه چیزی بستگی دارد؟
  • سعی کنید به جای تلاقی دو توری ساده و هم اندازه، توری‌های مختلف با شکل‌های مختلف که نشان‌دهنده جبهه موج‌های مختلف است را باهم یا با یک توری ساده تلاقی دهید. این کار خیلی شبیه به آن چیزی است که در هولوگرافی (Holography)اتفاق می‌افتد.
  • اگر توری رانکی بکار رفته روی شیشه که انعطاف نداشته باشد درست شود و فاصله خطوط هم کم باشد (در حدود 100 خط در میلیمتر) در آن صورت با تاباندن نور موازی شده به این توری، تصویری از آن در فاصله‌ای به نام فاصله تالبوت (Talbot) ایجاد می‌شود. این امکان ایده‌های بسیاری برای بکارگیری نقش ماره را ایجاد کرده است. هر تغییر در مسیر انتشار، روی تصویر ایجاد شده اثر می‌گذارد و با تلاقی با توری دیگر در محل تصویر قابل ردیابی است.

  

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