Научно-практическая конференция исследовательских работ обучающихся общеобразовательных организаций
«Кузбасские истоки»
Направление: Точные науки
Тема: «Виброметр-интерферометр по схеме Майкельсона»
Спиридонов Владислав
МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №9»
город Таштагол, Кемеровской области
11 – б класс
Научный руководитель: , |
Содержание
Введение 3 Описание работы 4 Землетрясение 4 Сейсмограф 5 Интерферометр 5 Интерференция волн 6 Интерферометр Майкельсона 6 Практическая часть 7 Опорное зеркало 7 Светоделительная пластинка 7 Измерительное зеркало 8 Лазер 8 Фоторезистор 9 Вывод 9 Интернет ресурсы 9 Введение
В марте 2013г., благодаря Некоммерческому фонду «ШАНС», я побывал в Московском государственном техническом университете имени Баумана, где нас познакомили с научным сотрудником центра фотонники, нашим земляком, Толстогузовым Виктором Леонидовичем. и поведал нам о своём изобретённом устройстве, интерферометре, которое позволяет измерять вибрации малых величин.
Позже, летом, Виктор Леонидович приехал к нам и привез с собой некоторые элементы своего прибора, чтобы рассказать, что такое интерферометр и интерференция в целом. Так же на наших глазах он собрал рабочее устройство для демонстрации, с помощью двух зеркал, лазера и светоделительной пластинки. После своего выступления Виктор Леонидович попросил подумать над тем, где можно применить его прибор, где он ещё может пригодиться.
оставил детали своего устройства, что собственно и послужило началом моей работы.
Передо мной стаяли две задачи, которые было необходимо решить:
- Изучить такие явления, как землетрясение и интерференцию волн, принцип работы сейсмографа и интерферометра. Изготовить на подобии интерферометра Виктора Леонидовича свой интерферометр, который даст возможность получить интерференционную картинку.
И работа началась…
Описание работы Землетрясение
Землетрясение — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами: движением литосферных плит, или искусственными процессамивзрывами, обрушением подземных полостей горных выработок. Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом лавы из вулкана.
Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. Большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями
Землетрясения наиболее известны по тем разрушениям, которые они способны создать. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или цунами.
Сейсмограф
Сейсмограф —специальныйизмерительныйприбор, который используется для обнаружения и регистрации всех типовсейсмическихволн. Вбольшинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным креплением, который приземлетрясенииостаётся неподвижным, тогда как корпус приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным сдвигам, а другие — к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют также и электронные сейсмографы.
ИнтерферометрИнтерферометр —измерительный прибор, принцип действия которого основан на явленииинтерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучокэлектромагнитного излученияс помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количествокогерентныхпучков. Каждый из пучков проходит, различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков.
Интерференция волн
Интерференция волн —взаимное увеличение или уменьшение результирующейамплитудыдвух или несколькихкогерентных волнпри их наложении друг на друга. Сопровождается чередованием максимумов и минимумов интенсивности в пространстве. Результат этого интерференционная картина, которая зависит от разностифазнескладывающихся волн.
Интерферировать могут все волны, однако устойчивая интерференционная картина будет наблюдаться только в том случае, если волны имеют одинаковую частоту и колебания.
Интерферометр МайкельсонаИнтерферометр Майкельсона — двухлучевойинтерферометр, изобретённыйАльбертом Майкельсоном, позволил впервыеизмеритьдлину волнысвета.
Конструктивно состоит из светоделительного зеркала, разделяющего входящий луч на два, которые в свою очередь, отражаются зеркаломобратно. На полупрозрачном зеркале разделённые лучи вновь направляются в одну сторону, чтобы, смешавшись на экране, образоватьинтерференционную картину. Анализируя её и изменяя длину одного плеча на известную величину, можно по изменению вида интерференционных полос измерить длину волны, либо, наоборот, если длина волны известна, можно определить неизвестное изменение длин плеч.
В качестве платформы интерферометра, на котором смонтированы основные элементы, взята дюрале-алюминиевая пластина размерами 10x65x145мм.
Остановимся подробно на изготовлении элементов интерферометра и их размещении.
Опорное зеркало
Зеркало должно регулироваться для корректировки отражения луча лазера в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной. Для этого использовали простую конструкцию, состоящую из двух уголков с полками 16 и 25 мм. На одной полке обеих уголков просверлены отверстия диаметром 6 мм, которые служат местом соединения уголков и крепления к платформе.
На вертикальную полку верхнего уголка с наружной стороны приклеено зеркало размером 15x15 мм.
Светоделительная пластинка
При настройке интерферометра необходимо изменять угол поворота стекла и регулировать его расположения по высоте. В качестве опоры поворота взят болт длинной 45 мм, а площадке для размещения стекла – металлический брусок размерами 5x8x20 мм. С одной стороны бруска просверлено отверстие диаметром 5 мм, через которое брусок соединен с поворотной опорой. На другом конце бруска размещена светоделительная пластинка.
Измерительное зеркало
К измерительному зеркалу предъявляется требование: в процессе работы оно должно совершать колебательные движение только вдоль оси перпендикулярной плоскости зеркала.
Данную конструкцию изготовили на болте М10. Для этого в головке болта просверлено сквозное отверстие 3 мм в плоскости перпендикулярной оси вращения болта. Для крепления зеркала, латунную пластинку обогнули вокруг шляпки болта так, чтобы два конца пластинки были расположены друг другу параллельно. Предварительно в краях пластинки и вместе крепления к головке болта, были просверлены отверстия диаметром 3 мм.
Зеркало зафиксировано на пластинке, которая с помощью болта М3 соединено обоими концами с латунной пластинкой. В платформе по месту установки проделано отверстие диаметром 10 мм, в которое вставлен болт М10 измерительного зеркало.
Лазер необходимо установить на такой высоте, чтобы его луч проходил через светоделительную пластинку и, разделяясь, попадал на опорное и измерительное зеркала, отражаясь от них, проходя через светоделительную пластинку, попадал на фоторезистор.
Самым простым способом установки лазера, является крепление его с помощью пластилина.
Фоторезистор
Фоторезистор закреплен между двух металлических пластин, которые также установлены на платформу.
В ходе своей работы достиг поставленных задач. Собрал интерферометр. Получил интерференционную картинку, которая позволяет при помощи фоторезистора измерять вибрации малых величин. Кроме того появилась идея использования данного устройства не только для измерения вибраций, но и использования его в качестве охранного датчика в таких помещениях, как например банки и в других особо охраняемых объектах.
Интернет ресурсыhttp://ru. wikipedia. org/
