Interferența valurilor

Printre fenomenele caracteristice proceselor de undă se numără interferența undelor, care constă în faptul că atunci când două valuri sunt suprapuse, se pot produce amplificări și atenuări ale oscilațiilor.

Pentru a vă familiariza cu acest fenomen, să luăm în considerare ceea ce se întâmplă dacă valuri de aceeași lungime ajung la un anumit punct al spațiului.

Observăm acest fenomen folosind exemplul undelor propagate pe suprafața apei. Vom crea continuu valuri pe suprafața sa la două puncte. Pentru a face acest lucru, în imediata vecinătate a suprafeței apei se introduc capetele a două fire atașate la o placă metalică elastică. Când placa vibrează, capetele firelor se vor scufunda periodic în apă și vor excita oscilațiile care se propagă sub formă de valuri de lungime egală de-a lungul suprafeței. Fiecare dintre cabluri excită propriul sistem de valuri. Două sisteme de valuri, superimpuse între ele, vor interacționa și, prin urmare, vor interveni interferențele valurilor.

Este important ca sistemele cu două valuri să fie potrivite, adică în aceeași lungime să părăsească centrele de vibrații în aceleași faze sau dacă sunt deplasate în fază (de exemplu, au apărut în faze opuse, de exemplu), atunci schimbarea de fază cu timpul Nu trebuie să se schimbe. Astfel de valuri sunt numite coerente. În acest experiment, coerența este asigurată de faptul că ambele capete ale firului ating periodic suprafața apei - valurile părăsesc centrele de vibrații în aceleași faze.

Să construim o suprapunere a două sisteme de valuri coerente. Cercurile solide denotă creasta undelor de inel propagând de-a lungul suprafeței apei din surse, iar liniile întrerupte sunt depresiunile. Punctele unde se întâlnesc valurile celor două sisteme în aceleași faze, depresia cu depresia și creasta cu creasta sunt punctele oscilațiilor amplificate (maxima). Punctele oscilațiilor slăbite (minime) sunt situate în locuri unde depresiunea unei singure valuri se întâlnește cu creasta alteia. În prezența coerenței valurilor, modelul de alternanță a maximelor și a minimelor va fi stabil. De fapt, dacă în prezent există o creastă cu creastă la un moment dat , atunci într-o jumătate de perioadă va exista o depresiune cu depresie, iar într-o jumătate de oră din nou o creastă cu creastă etc. În acest moment va exista un maxim de oscilații tot timpul. O astfel de modificare a minimelor și maximelor amplitudinilor de oscilație se numește un model de interferență. Și fenomenul suprapunerii valurilor, care formează un model de interferență, se numește interferența valurilor.

Pentru a rezolva problema fazelor în care se întâlnesc undele de interferență la un moment dat, este necesar să se ia în considerare diferența în cursul lor. Pentru a face acest lucru, este suficient să se calculeze numărul de valuri ale sistemului corespunzător care se potrivesc la distanțele dintre punctele maximelor și minime de interes pentru noi și centrele de vibrații. Vom vedea că maximele vor fi la acele puncte care fie sunt la distanțe egale față de ambele centre, fie în punctele în care diferența de cale corespunde unui număr par de jumătăți de valuri, în timp ce minimele corespund unui număr impar.

Folosind exemplul acestui experiment, am considerat un astfel de fenomen ca interferența undelor mecanice.

Cu toate acestea, fenomenul de interferență este specific nu numai valurilor care apar pe suprafața apei, ci și tuturor tipurilor de unde: sunet, electromagnetice și altele. Prin urmare, dacă lumina are proprietăți de undă, atunci când două dintre grinzile sale sunt suprapuse, vor apărea interferențe ale undelor luminoase.

Sursele care emit astfel de valuri sunt numite coerente. În optică, sursele coerente pot fi create numai artificial.

Nu trebuie uitat că interferența undelor (orice, inclusiv undele de lumină) apare numai atunci când undele care interacționează au aceeași frecvență și o schimbare de fază independentă de timp în orice moment.