Denna artikel undersöker ett sådant fysikfenomen som störningar: vad det är, när det inträffar och hur det tillämpas. Den beskriver också det relaterade begreppet vågfysik - diffraktion.
Typer av vågor
När ordet visas i en bok eller konversation"Wave", då dyker som regel havet omedelbart upp: en blå vidsträcka, ett enormt avstånd, den ena efter den andra salta bankerna löper längs kusten. En invånare i stäppen kommer att föreställa sig en annan uppfattning: den oändliga bredden av gräs, den svänger under den milda vinden. Någon annan kommer ihåg vågorna och tittar på vikningarna på en tung gardin eller en flaggas flagga en solig dag. En matematiker kommer att tänka på en sinusvåg, en radiofanatiker om elektromagnetiska svängningar. Alla är av olika natur och tillhör olika arter. Men en sak är obestridlig: en våg är ett tillstånd av avvikelse från jämvikt, omvandlingen av någon "smidig" lag till en oscillerande. Det är för dem att ett sådant fenomen som störningar är tillämpligt. Vad som är och hur det uppstår kommer vi att överväga lite senare. Låt oss först ta reda på vad vågor är. Vi listar följande typer:
- mekaniskt;
- kemisk;
- elektromagnetisk;
- gravitationell;
- snurra;
- sannolikhet.
Fysiskt bär vågor energi.Men det händer att massan också rör sig. Som svar på frågan om vilken störning som är i fysik, bör det noteras att den är karakteristisk för vågor av absolut vilken natur som helst.
Tecken på vågskillnad
Konstigt nog, men det finns ingen enda definition av en våg. Deras typer är så olika att det finns mer än ett dussin typer av klassificering. Vilka är kriterierna för att särskilja vågor?
- Med förökningsmetoden i miljön (löpande eller stående).
- Av själva vågen (vibration och soliton skiljer sig åt just för denna funktion).
- Av typen av fördelning i mediet (längsgående, tvärgående).
- Med grad av linjäritet (linjär eller icke-linjär).
- Genom egenskaperna hos mediet där de sprids (diskret, kontinuerlig).
- I form (platt, sfärisk, spiralformad).
- Genom särdragen hos det fysiska utbredningsmediet (mekaniskt, elektromagnetiskt, gravitationellt).
- I vibrationsriktningen för partiklarna i mediet (kompression eller skjuvvågor).
- När det tar att excitera mediet (singel, monokromatisk, vågpaket).
Och för alla typer av dessa störningar av miljön är tillämpliginterferens. Vad som är speciellt med detta koncept och varför det är detta fenomen som gör vår värld som den är, kommer vi att berätta efter att ha tagit med vågens egenskaper.
Vågegenskaper
Oavsett typ och typ av vågor har de alla gemensamma egenskaper. Här är en lista:
- Kammen är ett slags maximum. För kompressionsvågor är detta platsen för den högsta densiteten hos mediet. Representerar den största positiva avvikelsen av svängningen från jämviktsläget.
- En ihålig (i vissa fall en dal) är motsatsen till åskonceptet. Lägsta, största negativa avvikelse från jämviktstillståndet.
- Tidsperiodicitet, eller frekvens, är den tid det tar för en våg att resa från ett maximum till ett annat.
- Spatial periodicitet, eller våglängd, är avståndet mellan intilliggande toppar.
- Amplitud är topparnas höjd. Det är denna definition som kommer att behövas för att förstå vad våginterferens är.
Vi granskade i detalj detalj vågen, dessegenskaper och olika klassificeringar, eftersom begreppet "störningar" inte kan förklaras utan en klar förståelse av ett sådant fenomen som en störning av miljön. Som en påminnelse är störningar endast vettiga för vågor.
Samverkan mellan vågor
Nu kommer vi nära konceptet"Interferens": vad är det, när det inträffar och hur man definierar det. Alla ovanstående typer, typer och egenskaper hos vågor tillhörde idealfallet. Dessa var beskrivningar av en "sfärisk häst i ett vakuum", det vill säga några teoretiska konstruktioner som är omöjliga i den verkliga världen. Men i praktiken är hela utrymmet genomsyrat av olika vågor. Ljus, ljud, värme, radio, kemiska processer är periodiska svängningar i miljön. Och alla dessa vågor interagerar. En funktion bör noteras: för att de ska kunna påverka varandra måste de ha liknande egenskaper.
Ljudvågor kommer inte på något sätt att kunnastör ljus och radiovågor interagerar inte med vinden på något sätt. Naturligtvis finns det fortfarande inflytande, men det är så litet att dess effekt helt enkelt inte beaktas. Med andra ord, när man förklarar vad ljusstörningar är, antas det att en foton påverkar den andra när den möts. Så, mer detaljerat.
Interferens
För många typer av vågor gäller principensuperposition: möte vid en punkt i rymden, de interagerar. Utbytet av energi visas på amplitudförändringen. Interaktionslagen är som följer: om två maxima möts vid en punkt, då fördubblas intensiteten hos det maximala i den sista vågen; om ett maximum och ett minimum påträffas försvinner den resulterande amplituden. Detta är ett tydligt svar på frågan om vad som påverkar ljus och ljud. I grund och botten är detta ett överlappande fenomen.
Störning av vågor med olika egenskaper
Händelsen som beskrivs ovan representerar mötet med tvåidentiska vågor i linjärt utrymme. Två motstående vågor kan dock ha olika frekvenser, amplituder och längder. Hur presenterar jag den slutliga bilden i det här fallet? Svaret ligger i det faktum att resultatet inte kommer att se ut precis som en våg. Det vill säga den strikta ordningen för växling av höjder och nedgångar kommer att brytas: vid något tillfälle kommer amplituden att vara maximal, nästa - redan mindre, då möts maximalt och minimalt och resultatet blir noll. Oavsett hur starka skillnaderna mellan de två vågorna är, kommer amplituden fortfarande att upprepas sig förr eller senare. I matematik är det vanligt att tala om oändlighet, men i verkligheten kan friktionskrafterna och trögheten stoppa själva förekomsten av den resulterande vågen innan mönstret av toppar, dalar och slätter upprepar sig.
Störning av vågor som möts i en vinkel
Men förutom sina egna egenskaper, verkligavågposition i rymden kan skilja sig åt. Till exempel, när man överväger vad som är ljudstörning, måste detta beaktas. Föreställ dig: en pojke går och blåser en visselpipa. Han skickar en ljudvåg framför sig. Och en annan pojke på en cykel kör förbi honom och ringer på klockan för att fotgängaren ska gå åt sidan. Vid mötesplatsen för dessa två ljudvågor skär de sig i en viss vinkel. Hur beräknar man amplituden och formen för den slutliga vibrationen i luften, som till exempel kommer att flyga till närmaste näringsidkare i farmor Mashas frön? Det är här vektorkomponenten i ljudvågen spelar in. Och i det här fallet är det nödvändigt att inte bara addera eller subtrahera amplitudens storlek utan också formeringsvektorerna för dessa svängningar. Vi hoppas att mormor Masha inte kommer att skrika för mycket på de bullriga barnen.
Störning av ljus med olika polarisationer
Det händer också att de vid ett tillfälle träffasfotoner med olika polarisation. I detta fall bör vektorkomponenten i elektromagnetiska svängningar också beaktas. Om de inte är ömsesidigt vinkelräta eller om en av ljusstrålarna har cirkulär eller elliptisk polarisation, är interaktion helt möjlig. Flera metoder för att bestämma kristallens optiska renhet bygger på denna princip: det bör inte finnas någon interaktion i vinkelrätt polariserade strålar. Om bilden är förvrängd är kristallen ofullständig, det ändrar strålarnas polarisering, vilket innebär att den har odlats felaktigt.
Interferens och diffraktion
Samspelet mellan två ljusstrålar leder till derasstörning, som ett resultat ser observatören en serie ljusa (maxima) och mörka (minima) band eller ringar. Men växelverkan mellan ljus och materia åtföljs av ett annat fenomen - diffraktion. Det är baserat på det faktum att ljus med olika våglängder bryts annorlunda av mediet. Till exempel, om våglängden är 300 nanometer, är avböjningsvinkeln 10 grader, och om 500 nanometer - redan 12. Således, när ljus från solens stråle faller på ett kvartsprisma, bryts rött annorlunda än violett (deras våglängder skiljer sig ) och observatören ser en regnbåge. Detta är svaret på frågan om vad som är störning och diffraktion av ljus och hur de skiljer sig åt. Om du riktar monokromatisk strålning från en laser till samma prisma kommer det inte att finnas någon regnbåge, eftersom det inte finns några fotoner med olika våglängder. Strålen kommer helt enkelt att avvika från den ursprungliga förökningsriktningen i någon vinkel, och det är det.
Praktisk tillämpning av störningsfenomenet
Det finns många möjligheter att få praktisk användning av detta rent teoretiska fenomen. Endast de viktigaste kommer att listas här:
- Studie av kristallernas kvalitet. Vi pratade om detta lite högre.
- Identifiering av linsfel. De måste ofta slipas till en perfekt sfärisk form. Förekomsten av eventuella defekter upptäcks exakt med hjälp av störningsfenomenet.
- Bestämning av filmens tjocklek.I vissa typer av produktion betyder konstant filmtjocklek mycket, till exempel plast. Det är just fenomenet störningar tillsammans med diffraktion som gör det möjligt att bestämma dess kvalitet.
- Optikupplysning.Glasögon, kameralinser och mikroskop är täckta med en tunn film. Således reflekteras elektromagnetiska vågor av en viss längd och läggs på sig själva, vilket minskar störningar. Oftast görs upplysning i den gröna delen av det optiska spektrumet, eftersom det är detta område som det mänskliga ögat uppfattar bäst.
- Utforskning av rymden. Genom att känna till interferenslagarna kan astronomer skilja spektra av två nära varandra placerade stjärnor och bestämma deras kompositioner och avstånd till jorden.
- Teoretisk forskning.En gång i tiden var det med hjälp av fenomenet störningar det var möjligt att bevisa vågkaraktären hos elementära partiklar, såsom elektroner och protoner. Detta bekräftade hypotesen om mikrovärldens vågpartikel dualitet och lade grunden för kvantera.
Vi hoppas att med denna artikel din kunskap omsuperposition av koherenta (emitterade av källor med konstant fasskillnad och samma frekvens) vågor har expanderat betydligt. Detta fenomen kallas störningar.
