Denne artikkelen undersøker et slikt fenomen av fysikk som interferens: hva er det, når det oppstår og hvordan det brukes. Den beskriver også det relaterte konseptet med bølgefysikk - diffraksjon.
Typer bølger
Når ordet vises i en bok eller samtale"Wave", så kommer havet som regel umiddelbart til syne: en blå vidde, enorm avstand, den ene etter den andre, salte banker løper oppover kysten. En innbygger i steppene vil forestille seg et annet syn: den endeløse utvidelsen av gress, den svajer under den milde brisen. Noen andre vil huske bølgene, se på foldene til et tungt gardin eller flagrende flagg på en solskinnsdag. En matematiker vil tenke på en sinusbølge, en radiofanatiker om elektromagnetiske vibrasjoner. De har alle en annen natur og tilhører forskjellige arter. Men én ting er ubestridelig: en bølge er en tilstand av avvik fra likevekt, transformasjonen av en eller annen "glatt" lov til en oscillerende. Det er for dem at et slikt fenomen som interferens er aktuelt. Hva som er og hvordan det oppstår, vil vi vurdere litt senere. La oss først finne ut hva bølger er. Vi lister opp følgende typer:
- mekanisk;
- kjemisk;
- elektromagnetisk;
- gravitasjon;
- snurre rundt;
- sannsynlig.
Fysisk bærer bølger energi.Men det hender at massen også beveger seg. Svar på spørsmålet om hva som er forstyrrelse i fysikk, det bør bemerkes at det er karakteristisk for bølger av absolutt hvilken som helst natur.
Tegn på bølgeforskjell
Merkelig nok er det ingen eneste definisjon av en bølge. Deres typer er så forskjellige at det er mer enn et dusin typer klassifisering. Hva er kriteriene for å skille bølger?
- Ved forplantningsmetoden i miljøet (løping eller stående).
- I følge selve bølgen (vibrasjons- og solitoner er forskjellige akkurat for denne funksjonen).
- Etter fordelingstype i mediet (langsgående, tverrgående).
- Etter grad av linearitet (lineær eller ikke-lineær).
- Av egenskapene til mediet de forplantes i (diskret, kontinuerlig).
- I form (flat, sfærisk, spiralformet).
- Av egenskapene til det fysiske forplantningsmediet (mekanisk, elektromagnetisk, gravitasjon).
- I retning av vibrasjon av partiklene i mediet (kompresjons- eller skjærbølger).
- Når det tar å opphisse mediet (enkelt, monokromatisk, bølgepakke).
Og for enhver type av disse forstyrrelsene i miljøet gjelderinnblanding. Hva som er spesielt med dette konseptet og hvorfor det er dette fenomenet som gjør vår verden slik den er, la oss fortelle etter å ha brakt bølgenes egenskaper.
Bølgeegenskaper
Uansett bølgetype og -type, har de alle vanlige egenskaper. Her er en liste:
- Kammen er et slags maksimum. For kompresjonsbølger er dette stedet for den høyeste tettheten av mediet. Representerer den største positive avviket fra svingningen fra likevektstilstanden.
- En hul (i noen tilfeller en dal) er det motsatte av ryggkonseptet. Minimum, største negative avvik fra likevekt.
- Tidsregulering, eller frekvens, er tiden det tar for en bølge å reise fra ett maksimum til et annet.
- Romlig periodisitet, eller bølgelengde, er avstanden mellom tilstøtende topper.
- Amplitude er høyden på toppene. Det er denne definisjonen som vil være nødvendig for å forstå hva bølgeforstyrrelser er.
Vi undersøkte i detalj bølgen, densegenskaper og forskjellige klassifiseringer, fordi begrepet "interferens" ikke kan forklares uten en klar forståelse av et slikt fenomen som en forstyrrelse av miljøet. Vi minner deg om at forstyrrelser bare gir mening for bølger.
Interaksjon av bølger
Nå kommer vi nær konseptet"Forstyrrelse": hva er det, når det oppstår og hvordan du definerer det. Alle de ovennevnte typene, typene og egenskapene til bølger tilhørte det ideelle tilfellet. Dette var beskrivelser av en "sfærisk hest i vakuum", det vil si noen teoretiske konstruksjoner som er umulige i den virkelige verden. Men i praksis er hele plassen rundt gjennomsyret av forskjellige bølger. Lys, lyd, varme, radio, kjemiske prosesser er periodiske svingninger i miljøet. Og alle disse bølgene samhandler. Én funksjon skal bemerkes: for at de skal kunne påvirke hverandre, må de ha lignende egenskaper.
Lydbølger vil på ingen måte kunneforstyrre lys, og radiobølger samhandler ikke med vinden på noen måte. Selvfølgelig er det fremdeles innflytelse, men den er så liten at effekten rett og slett ikke blir tatt i betraktning. Med andre ord, når man forklarer hva lysinterferens er, antas det at den ene foton påvirker den andre når den møtes. Så, mer detaljert.
Innblanding
For mange typer bølger gjelder prinsippetsuperposisjon: møtes på et tidspunkt i rommet, de samhandler. Utvekslingen av energi vises på amplitudeendringen. Loven om interaksjon er som følger: Hvis to maksima møtes på ett punkt, så dobler intensiteten til maksimumet i den endelige bølgen; hvis det oppnås et maksimum og et minimum, forsvinner den resulterende amplituden. Dette er et klart svar på spørsmålet om hva som er interferens mellom lys og lyd. I hovedsak er dette et overlappende fenomen.
Forstyrrelse av bølger med forskjellige egenskaper
Arrangementet beskrevet ovenfor representerer møtet med toidentiske bølger i lineært rom. Imidlertid kan to motstående bølger ha forskjellige frekvenser, amplituder og lengder. Hvordan presentere det endelige bildet i dette tilfellet? Svaret ligger i at resultatet ikke vil se ut som en bølge. Det vil si at den strenge rekkefølgen på veksling av høyder og nedturer vil bli brutt: i et øyeblikk vil amplituden være maksimal, den neste - allerede mindre, da vil maksimum og minimum møtes og resultatet vil bli null. Uansett hvor sterke forskjellene mellom de to bølgene er, vil amplituden imidlertid gjenta seg før eller senere. I matematikk er det vanlig å snakke om uendelig, men i virkeligheten kan kreftene til friksjon og treghet stoppe selve eksistensen av den resulterende bølgen før mønsteret av topper, daler og sletter gjentar seg.
Forstyrrelse av bølger som møtes i en vinkel
Men, i tillegg til sine egne egenskaper, ektebølgenes posisjon i rommet kan variere. Når du for eksempel vurderer hva som er lydforstyrrelse, må dette tas i betraktning. Tenk deg: en gutt går og blåser i en fløyte. Han sender en lydbølge foran seg. Og en annen gutt på sykkel kjører forbi ham og ringer på bjellen for at fotgjengeren skal gå til side. På møtepunktet for disse to lydbølgene krysser de i en viss vinkel. Hvordan beregne amplituden og formen til den endelige vibrasjonen i luften, som for eksempel vil fly til nærmeste handelsmann i frøene til bestemor Masha? Det er her vektorkomponenten i lydbølgen kommer til spill. Og i dette tilfellet er det nødvendig å legge til eller trekke fra ikke bare amplitudenes størrelse, men også forplantningsvektorene til disse svingningene. Vi håper at bestemor Masha ikke vil rope for mye på de støyende barna.
Forstyrrelser av lys med forskjellige polarisasjoner
Det hender også at de på et tidspunkt møtesfotoner med ulik polarisering. I dette tilfellet bør også vektorkomponenten i elektromagnetiske svingninger tas i betraktning. Hvis de ikke er gjensidig vinkelrette, eller hvis en av lysstrålene har sirkulær eller elliptisk polarisering, er interaksjon ganske mulig. Flere metoder for å bestemme den optiske renheten til krystaller er basert på dette prinsippet: det skal ikke være noen interaksjon i vinkelrett polariserte bjelker. Hvis bildet er forvrengt, er krystallet ufullkommen, det endrer polarisasjonen av bjelkene, noe som betyr at det har blitt vokst feil.
Interferens og diffraksjon
Samspillet mellom to lysstråler fører til deresinterferens, som et resultat, ser observatøren en serie med lyse (maxima) og mørke (minima) bånd eller ringer. Men samspillet mellom lys og materie er ledsaget av et annet fenomen - diffraksjon. Det er basert på det faktum at lys med forskjellige bølgelengder brytes forskjellig av mediet. For eksempel, hvis bølgelengden er 300 nanometer, så er avbøyningsvinkelen 10 grader, og hvis 500 nanometer - allerede 12. Når lys fra solstrålen faller på et kvartsprisme, brytes rødt annerledes enn fiolett (deres bølgelengder er forskjellige ) og observatøren ser en regnbue. Dette er svaret på spørsmålet om hva som er interferens og diffraksjon av lys og hvordan de skiller seg ut. Hvis du leder monokromatisk stråling fra en laser til samme prisme, vil det ikke være noen regnbue, siden det ikke er fotoner med forskjellige bølgelengder. Strålen vil ganske enkelt avvike fra den opprinnelige forplantningsretningen i en viss vinkel, og det er det.
Praktisk anvendelse av interferensfenomenet
Det er mange muligheter for å få praktisk bruk av dette rent teoretiske fenomenet. Bare de viktigste vil bli oppført her:
- Studie av kvaliteten på krystaller. Vi snakket litt høyere om dette.
- Identifikasjon av linsefeil. De må ofte males til en perfekt sfærisk form. Tilstedeværelsen av eventuelle feil oppdages nøyaktig ved hjelp av interferensfenomenet.
- Bestemmelse av filmtykkelse.I noen typer produksjon betyr konstant filmtykkelse, for eksempel plast, mye. Det er nettopp fenomenet interferens sammen med diffraksjon som gjør det mulig å bestemme kvaliteten.
- Optikkopplysning.Briller, linser fra kameraer og mikroskop er dekket av en tynn film. Dermed blir elektromagnetiske bølger av en viss lengde ganske enkelt reflektert og lagt på seg selv, og reduserer forstyrrelser. Ofte gjøres opplysning i den grønne delen av det optiske spekteret, siden det er dette området det menneskelige øyet oppfatter best.
- Utforsking av verdensrommet. Astronomene kjenner lovene til forstyrrelser, og kan skille spektrene til to stjerner som ligger tett mellomrom og bestemme deres sammensetning og avstand til jorden.
- Teoretisk forskning.Det var en gang med hjelp av fenomenet interferens at det var mulig å bevise bølgenaturen til elementære partikler, som elektroner og protoner. Dette bekreftet hypotesen om mikrobølgeovnens partikkelbølgedualisme og la grunnlaget for kvanteara.
Vi håper at med denne artikkelen din kunnskap omsuperposisjon av koherente (emittert av kilder som har en konstant faseforskjell og samme frekvens) bølger har utvidet seg betydelig. Dette fenomenet kalles interferens.
