اندازه گیری نیروهای نانو نیوتنی بر پایه تداخل از دو رشته بازتابی

هدف از این پایان نامه معرفی روشی جدید بر پایه? تداخل سنجی برای نیروسجی از مرتبه? نانو نیوتن است.‎ چیدمان این روش‏، بر اساس مدلی تعمیم یافته از تداخل سنج مایکلسون است،که با جایگزینی آینه های تخت تداخل سنج با رشته های بازتابی ایجاد شده است.‎ علت این تعمیم‏،‏ سبک بودن و انعطاف پذیر بودنِ رشته? بازتابی نسبت به آینه? تخت است که باعث حساسیت بالاتر رشته? بازتابی نسبت به آینه? تخت در مقابل اعمال نیروهای نانو نیوتنی است.‎ در این پژوهش، دو چیدمان مختلف از آینه ها مورد بررسی قرار گرفت.‎ با توجه به اینکه طرح های تداخلی ناشی از این دو چیدمان با یکدیگر متفاوتند در نتیجه روش تحلیل‏ طرح های تداخلی برای هر کدام متفاوت خواهد بود که این امر بررسی شده و بهترین روش برای هر کدام معرفی شده است. برای تخمینی از مرتبه? اندازه گیری و حساسیت به نیروهای کوچک (نیروهایی از مرتبه? نانونیوتن)‏، از آزمایش اندازه گیری نیرو در خازن میله ای استفاده شد. یکی از میله های خازن، رشته? بازتابی و میله? دیگر‏، رشته ای مشابه و ثابت بود که در فاصله ای مشخص از رشته? بازتابی که انتهای آن آزاد و سمت دیگر ثابت بود قرار می گرفت. میله ها به اختلاف پتانسیل ?v متصل می شدند.‎‏‎ اختلاف پتانسیل بین دو میله خازن‏، باعث اعمال نیروی دو میله به یکدیگر و اعمال نیرو باعث جابه جایی رشته? بازتابی و اختلاف راه نوری می شد. اختلاف راه نوری به صورت تغییر در طرح های تداخلی خود را نمایان می سازد. با‎ تحلیل طرح های تداخلی مقدار جابه جایی برحسب اختلاف پتانسیل اعمالی به دست آمد. با انجام روش های مختلف تحلیل فریز و انتخاب بهترین روش در نهایت به دقت خواندن جابه جایی 20‎‏ نانو نیوتن رسیدیم. با به دست آوردن روابط نظری نیروی الکترواستاتیکی در خازن میله ای و با اعمال تغییر اختلاف پتانسیل و اندازه گیری های تجربی و همچنین داشتن جابه جایی رشته? بازتابی برحسب اختلاف پتانسیل می توان نیروسنج ساخته شده را درجه بندی کرد و ضریب سختی فنر معادل آن را تعیین کرد. ضریب سختی فنر معادل برابر 258/0 نیوتن بر متر، به دست آمد. با توجه به دقت اندازه گیری جابجایی که از مرتبه ?? نانومتر است، و همچنین ضریب سختی که برابر با ???/? نیوتن بر متر است، با این نیروسنج اندازه گیری هایی از مرتبه ? نانونیوتن انجام پذیرفت. همچنین روش دیگری برای درجه بندی با استفاده از فرمول بندی مکانیکی انجام گرفت‏. نتایج روش مکانیکی نیز موید روش به دست آمده از درجه بندی الکترواستاتیکی است. در نتیجه یک دستگاه نیروسنج با دقت اندازه گیری نیروهای نانو نیوتنی در دسترس است که می توان کاربردهای متنوع و بدیعی برای آن در نظر گرفت. از جمله این کاربردها می توان به اندازه گیری وشکسانی سیالات، نیروسنجی در سیستم های زیستی، لرزه نگاری‏ و اندازه گیری نیروی کازیمیر‏ و ثابت گرانش اشاره کرد.