Este artículo examina un fenómeno de la física como la interferencia: qué es, cuándo ocurre y cómo se aplica. También detalla el concepto relacionado de la física de ondas: difracción.
Tipos de olas
Cuando la palabra aparece en un libro o conversación"Ola", entonces, como regla, el mar aparece inmediatamente: una extensión azul, una distancia inmensa, una tras otra, los bancos salados corren por la costa. Un habitante de las estepas imaginará una vista diferente: la interminable extensión de hierba, se balancea bajo la suave brisa. Alguien más recordará las olas, mirando los pliegues de una cortina pesada o el ondear de una bandera en un día soleado. Un matemático pensará en una onda sinusoidal, un fanático de la radio sobre las vibraciones electromagnéticas. Todos ellos son de diferente naturaleza y pertenecen a distintas especies. Pero una cosa es indiscutible: una onda es un estado de desviación del equilibrio, la transformación de alguna ley "suave" en una oscilatoria. Para ellos es aplicable un fenómeno como la interferencia. Qué es y cómo surge, lo consideraremos un poco más adelante. Primero, averigüemos qué son las ondas. Enumeramos los siguientes tipos:
- mecánico;
- química
- electromagnético;
- gravitacional;
- girar;
- probabilístico.
Desde el punto de vista de la física, las ondas transportan energía.Pero sucede que la masa también se mueve. Respondiendo a la pregunta de qué es la interferencia en física, cabe señalar que es característica de ondas de absolutamente cualquier naturaleza.
Signos de diferencia de onda
Curiosamente, no existe una definición única de ola. Sus tipos son tan diversos que existen más de una docena de tipos de clasificación. ¿Cuáles son los criterios para distinguir ondas?
- Por el método de propagación en el medio ambiente (corriendo o parado).
- Por la naturaleza de la onda en sí (vibratoria y solitones son diferentes precisamente para esta característica).
- Por el tipo de distribución en el medio (longitudinal, transversal).
- Por grado de linealidad (lineal o no lineal).
- Por las propiedades del medio en el que se propagan (discreto, continuo).
- En forma (plana, esférica, espiral).
- Por las características del entorno físico de propagación (mecánico, electromagnético, gravitacional).
- En la dirección de vibración de las partículas del medio (ondas de compresión o de corte).
- Por el tiempo que se tarda en excitar el medio (paquete único, monocromático, de onda).
Y a cualquier tipo de estas perturbaciones del medio ambiente es aplicableinterferencia. Qué tiene de especial este concepto y por qué es este fenómeno el que hace que nuestro mundo sea lo que es, lo diremos después de traer las características de la ola.
Características de las olas
Independientemente del tipo y tipo de olas, todas tienen características comunes. He aquí una lista:
- El peine es una especie de máximo. Para las ondas de compresión, este es el lugar de mayor densidad del medio. Representa la mayor desviación positiva de la oscilación del estado de equilibrio.
- Un hueco (en algunos casos un valle) es el inverso del concepto de cresta. Desviación negativa mínima y más grande del equilibrio.
- La periodicidad del tiempo, o frecuencia, es el tiempo que tarda una onda en viajar de un máximo a otro.
- La periodicidad espacial, o longitud de onda, es la distancia entre picos adyacentes.
- La amplitud es la altura de los picos. Es esta definición la que se necesitará para comprender qué es la interferencia de ondas.
Examinamos con gran detalle la ola, sucaracterísticas y clasificaciones diferentes, porque el concepto de "interferencia" no puede explicarse sin una comprensión clara de un fenómeno como una perturbación del medio ambiente. Te recordamos que la interferencia solo tiene sentido para las ondas.
Interacción de ondas
Ahora nos acercamos al concepto"Interferencia": qué es, cuándo ocurre y cómo definirla. Todos los tipos, tipos y características de ondas anteriores pertenecían al caso ideal. Se trataba de descripciones de un "caballo esférico en el vacío", es decir, unas construcciones teóricas imposibles en el mundo real. Pero en la práctica, todo el espacio a su alrededor está impregnado de varias ondas. La luz, el sonido, el calor, la radio, los procesos químicos son oscilaciones periódicas del entorno. Y todas estas ondas interactúan. Cabe señalar una característica: para que se influyan entre sí, deben tener características similares.
Las ondas de sonido de ninguna manera podráninterfieren con la luz y las ondas de radio no interactúan con el viento de ninguna manera. Por supuesto, todavía hay influencia, pero es tan pequeña que su efecto simplemente no se tiene en cuenta. En otras palabras, al explicar qué es la interferencia de luz, se asume que un fotón afecta al otro cuando se encuentra. Entonces, con más detalle.
Interferencia
Para muchos tipos de olas, se aplica el principiosuperposición: reunirse en un punto del espacio, interactúan. El intercambio de energía se muestra en el cambio de amplitud. La ley de interacción es la siguiente: si dos máximos se encuentran en un punto, entonces en la onda final la intensidad del máximo se duplica; si se encuentran un máximo y un mínimo, la amplitud resultante desaparece. Esta es una respuesta clara a la pregunta de qué es la interferencia de la luz y el sonido. Esencialmente, este es un fenómeno de superposición.
Interferencia de ondas con diferentes características.
El evento descrito arriba representa el encuentro de dosondas idénticas en el espacio lineal. Sin embargo, dos ondas opuestas pueden tener diferentes frecuencias, amplitudes y longitudes. ¿Cómo presentar la imagen final en este caso? La respuesta radica en el hecho de que el resultado no se verá exactamente como una ola. Es decir, se violará el orden estricto de alternancia de máximos y mínimos: en algún momento la amplitud será máxima, el siguiente, ya menos, luego el máximo y el mínimo se encontrarán y el resultado se convertirá en cero. Sin embargo, no importa cuán fuertes sean las diferencias entre las dos ondas, la amplitud se repetirá tarde o temprano. En matemáticas se acostumbra hablar de infinito, pero en realidad las fuerzas de fricción e inercia pueden detener la existencia misma de la onda resultante antes de que se repita el patrón de picos, valles y llanuras.
Interferencia de ondas que se encuentran en ángulo
Pero, además de sus propias características, realesLa posición de las ondas en el espacio puede diferir. Por ejemplo, al considerar qué es la interferencia de sonido, esto debe tenerse en cuenta. Imagínese: un niño camina y hace sonar un silbato. Envía una onda de sonido frente a él. Y otro niño en bicicleta pasa junto a él y toca el timbre para que el peatón se haga a un lado. En el punto de encuentro de estas dos ondas sonoras, se cruzan en cierto ángulo. ¿Cómo calcular la amplitud y la forma de la vibración final del aire, que volará, por ejemplo, al comerciante más cercano en las semillas de la abuela Masha? Aquí es donde entra en juego el componente vectorial de la onda de sonido. Y en este caso, es necesario sumar o restar no solo las magnitudes de la amplitud, sino también los vectores de propagación de estas oscilaciones. Esperamos que la abuela Masha no les grite demasiado a los niños ruidosos.
Interferencia de luz con diferentes polarizaciones.
También sucede que en un momento se encuentranfotones de diferente polarización. En este caso, también debe tenerse en cuenta la componente vectorial de las oscilaciones electromagnéticas. Si no son mutuamente perpendiculares o uno de los haces de luz tiene polarización circular o elíptica, la interacción es bastante posible. Varios métodos para determinar la pureza óptica de los cristales se basan en este principio: no debe haber interacción en haces polarizados perpendicularmente. Si la imagen está distorsionada, entonces el cristal es imperfecto, cambia la polarización de los rayos, lo que significa que ha crecido incorrectamente.
Interferencia y difracción
La interacción de dos haces de luz conduce a suinterferencia, como resultado, el observador ve una serie de bandas o anillos claros (máximos) y oscuros (mínimos). Pero la interacción de la luz y la materia va acompañada de otro fenómeno: la difracción. Se basa en el hecho de que la luz de diferentes longitudes de onda es refractada de manera diferente por el medio. Por ejemplo, si la longitud de onda es de 300 nanómetros, entonces el ángulo de deflexión es de 10 grados, y si es de 500 nanómetros, ya de 12. Por lo tanto, cuando la luz del rayo solar incide sobre un prisma de cuarzo, el rojo se refracta de manera diferente al violeta (sus longitudes de onda difieren ) y el observador ve un arco iris. Esta es la respuesta a la pregunta de qué es la interferencia y la difracción de la luz y en qué se diferencian. Si dirige la radiación monocromática de un láser al mismo prisma, no habrá arco iris, ya que no hay fotones de diferentes longitudes de onda. El rayo simplemente se desviará de la dirección original de propagación en algún ángulo, y eso es todo.
Aplicación práctica del fenómeno de interferencia
Hay muchas oportunidades para obtener un uso práctico de este fenómeno puramente teórico. Aquí solo se enumerarán los principales:
- Estudio de la calidad de los cristales. Hablamos de esto un poco más.
- Identificación de errores de lentes. A menudo es necesario molerlas para obtener una forma esférica perfecta. La presencia de cualquier defecto se detecta precisamente con la ayuda del fenómeno de interferencia.
- Determinación del espesor de la película.En algunos tipos de producción, un espesor de película constante significa mucho, por ejemplo, plástico. Es precisamente el fenómeno de la interferencia junto con la difracción lo que permite determinar su calidad.
- Iluminación óptica.Los anteojos, lentes de cámaras y microscopios están cubiertos con una película delgada. Así, las ondas electromagnéticas de cierta longitud simplemente se reflejan y se superponen sobre sí mismas, reduciendo la interferencia. Muy a menudo, la iluminación se realiza en la parte verde del espectro óptico, ya que es esta área la que mejor percibe el ojo humano.
- Exploración espacial. Al conocer las leyes de la interferencia, los astrónomos pueden separar los espectros de dos estrellas muy próximas y determinar su composición y distancia a la Tierra.
- Investigación teórica.Érase una vez, con la ayuda del fenómeno de la interferencia que fue posible demostrar la naturaleza ondulatoria de las partículas elementales, como los electrones y los protones. Esto confirmó la hipótesis del dualismo onda-partícula del micromundo y sentó las bases para la era cuántica.
Esperamos que con este artículo tu conocimiento deLa superposición de ondas coherentes (emitidas por fuentes con una diferencia de fase constante y la misma frecuencia) se ha expandido significativamente. Este fenómeno se llama interferencia.
