Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Вълновата интерференция е явлението наслагване (суперпозиция) на вълни от различни източници. С други думи, интерференцията е явлението на добавяне на две (или няколко) вълни в пространството, при което се формира постоянно във времето разпределение на амплитудата на получените трептения в различни точки на пространството, се нарича интерференция. Наименованието "интерференция" идва от латински език (Inter - между, ferens - допълнение от ferentis - носене, носене).

Интерференция на вълните: обяснение на явлението накратко и с прости думи

Ако две противопожарни коли дойдат да гасят пожар и започнат да поливат с две струи вода върху горяща сграда, можем да бъдем сигурни, че ще полеят повече вода, отколкото ако го направи една бригада. Следователно изглежда почти очевидно, че ако едни и същи пожарни коли включат две еднакви сирени, тогава наблюдател в близост до тях ще чуе по-силен звук, отколкото ако само една от тях включи сирената. Това обикновено е вярно, но може да се случи и обратното. Звуковите потоци от два високоговорителя може изобщо да не се усилват взаимно, а напротив, да се заглушават взаимно. Мислите ли, че е невъзможно? Ще отговорим на този въпрос, като проведем следния експеримент и след това анализираме резултатите.

Експериментирайте.

За този експеримент ще ви трябва лаптоп на маса с два компютърни високоговорителя, свързани към него. За да ги превърнете в източници на хармонични вълни, напишете в търсачката на вашия браузър "акустичен генератор онлайн" и произведете 1500 Hz синусоида с помощта на намерената програма.Друга възможност е да потърсите „1500 Hz audio“ и да пуснете един от намерените видеоклипове. Една молба: в името на ушите на съседите ви, не пускайте тези звуци твърде силно, не е необходимо.

Експериментът ще се проведе от двама участници: единият ще движи един от високоговорителите, другият ще бъде звуков детектор (приемник), т.е. просто слушайте (Фигура 1) с едното ухо (запушвайки другото). Наблюдателят трябва да е на разстояние около 3 м от първия говорител. Ако запишете резултата от експеримента със смартфон и го възпроизведете, ще бъде още по-ясно.

Ориз. 1. Експериментирайте с 2 колони (високоговорители)
    Първо ще поставим високоговорителите един до друг.
  1. Сега първият участник започва бавно да движи втората колона към наблюдателя. Премествайки го с няколко сантиметра, наблюдателят чува, че звукът става все по-тих и по-тих, въпреки че и двата високоговорителя работят без промяна.В крайна сметка се достига минимален интензитет на звука.
  2. Когато преместите високоговорителя още повече, силата на звука отново започва да се увеличава, след това отново намалява и така нататък.

Резултатите от нашите наблюдения може да изглеждат изненадващи. Ако преместим съответно втория високоговорител, наблюдателят ще чуе звука, идващ от двата високоговорителя, като по-тих, отколкото ако идва само от един високоговорител. Можете да кажете това като на шега: „звук + звук=тишина“! Как е възможно това?

За да разберем резултата от нашия експеримент, трябва да разгледаме явлението интерференция или суперпозиция (суперпозиция) на хармонични вълни. В това, което следва, ще разгледаме вълни, които се разпространяват само в една посока (от високоговорителите към наблюдателя) и ще пренебрегнем факта, че амплитудата на звуковите вълни всъщност намалява с разстоянието от високоговорителя.

Обяснение на наблюдението: принципът на суперпозицията гласи, че полученото изместване на елемент от средата, в която се разпространяват две вълни, е равно на сумата от изместването, което би причинила само първата вълна, и изместването, което само втората вълна би причинила.

Ще представим вълните, идващи към наблюдателя от двете колони, като синусоиди с еднаква дължина λ. В случай на звукова вълна стойността на синусоидата в дадена точка съответства на моментното налягане в звуковата вълна, което е последователно по-високо и по-ниско. На снимката (Фигура 2.):

  • Горната червена диаграма представлява първата вълна.
  • Средната зелена диаграма представлява втората вълна.
  • Долната черна диаграма е суперпозиция на двете предишни вълни.

Разстоянието на първия източник на вълна от наблюдателя обозначихме със символа r1(на фиг. 1 това беше разстоянието L). Означихме разстоянието от наблюдателя до втория източник на вълна като r2.

Ориз. 2. Вълни, идващи към наблюдателя от две колони, разположени на еднакво разстояние от наблюдателяОриз. 3. Вълни, идващи към наблюдателя от две колони, разположени на различни разстояния от наблюдателя
  1. На (фиг. 2.) двата източника на вълни са на едно и също разстояние от наблюдателя, r1=r2 Вълните стават все по-силни. Амплитудата на получената вълна е два пъти по-голяма от амплитудите на двете компонентни вълни. Наблюдателят чува силен звук.
  2. В (фиг. 3.) източник 2 се е преместил с 1/2 дължина на вълната надясно, r1- r2=λ1/2. Сега върховете на втората вълна съвпадат с ниските нива на първата вълна. Вълните избледняват. Амплитудата на получената вълна е нула. Наблюдателят не чува звука. Това е случаят, когато "звук + звук=тишина" .
  3. Ако преместим втория източник с цяла дължина на вълната надясно, така че r1- r2=λ максимумите на две вълни отново ще се припокриват и в резултат на това звукът отново става силен.
  4. Ако разстоянието между колоните е една и половина дължини на вълната, така че r1- r2=1,5λ, тогава вълните отново ще изчезнат. И така нататък.

Като цяло можем да кажем, че максималното усилване на вълните от два източника възниква, когато разликата в разстоянието до наблюдателя е равна на цяло число, кратно на дължината на вълната, т.е. r1- r2=nλ, където n=0, 1, 2, 3, .

Вълните от два източника изчезват, когато разликата в разстоянието до наблюдателя е равна на нечетно кратно на половината от дължината на вълната, т.е. :

r1- r2=( n + 1/2)λ=(2n + 1)λ /2 , където n=0, 1, 2, 3, .

Интерференцията описва наслагването на две или повече вълни, които проникват една в друга. Вълната има амплитуда, т.е. отклонение, с положителен или отрицателен знак. Ако две такива вълни се насложат една върху друга, амплитудите им се сумират със съответния знак, съгласно принципа на суперпозицията. Това означава, че те взаимно се подсилват, отслабват или напълно отменят. Този ефект възниква при всички видове вълни, т.е. електромагнитни, звукови и материйни вълни (вълни на де Бройл).

Важно! На местата, където вълните се подсилват взаимно, възниква така наречената конструктивна интерференция. От друга страна, на места, където вълните взаимно се отслабват, възникват разрушителни смущения.

Смущенията могат да бъдат разпознати чрез промяна на амплитудите на отделните вълни. Когато преди това вълновите полета са имали еднакъв интензитет, могат да се наблюдават смущения, редуващи се максимуми и минимуми. Това се нарича модел на смущение. Интерферентните модели служат като доказателство за вълновата природа на изследваното лъчение.

Свойства

Можете да класифицирате интерференцията въз основа на нейните свойства и да я използвате за различни експерименти.

Съгласуваност

Важно свойство за описание на смущението е кохерентността. За да се създаде стабилно вълново поле в резултат на вълнова интерференция, те трябва да са кохерентни една с друга. Това означава, че вълните имат фиксирана фазова връзка една с друга.Фазата е степента, с която вълните се изместват една спрямо друга. От това може да се определи кохерентното време, което е важен показател за физически източници на светлина.

Наричат се кохерентни източници, чиято честота на трептене е една и съща и фазовата разлика не се променя. Вълните, създадени от такива източници, се наричат кохерентни.

Ориз. 1. Съгласуваност

Поляризация

Друго характерно свойство е поляризацията. Поляризацията описва посоката, в която вълната осцилира. Ако тази промяна в посоката се случи бързо и произволно, тогава вълната е неполяризирана. Ако вълните са поляризирани перпендикулярно една на друга, те не си пречат.

Ориз. 2. Поляризация на вълната

Конструктивна намеса

Конструктивна интерференция винаги възниква, когато разликата в пътя на две вълни съответства на цяло число, кратно на дължината на вълната.При това условие гребен на вълна винаги среща гребен на вълна, а падина на вълна среща падина на вълна. Ако амплитудите са равни, конструктивната интерференция води до амплитуда, която е два пъти по-голяма.

Математически това може да се изрази по следния начин:

Вълновият гребен се среща с вълновия гребен при разлика в пътя Δs=0, 1λ, 2λ, . Това ви дава формулата Δs=kλ, където

Където k=0, ±1, ±2 и т.н. При k=0 имате максимум от 0-ви ред, а при k=1 имате максимум от 1-ви ред.

Ориз. 3. Конструктивна намеса

Разрушителна намеса

Разрушителната интерференция винаги възниква при дължина на вълната, кратна на половината от дължината на вълната. При това условие падините на вълните винаги срещат върховете на вълните и обратно. В резултат на това амплитудата на получената вълна е по-малка от амплитудата на оригиналната вълна. Ако амплитудите са равни, вълните взаимно се компенсират.

Математически това може да се изрази по следния начин:

Вълната се среща с вълната при разлика в пътя Δs=0,5λ, 1,5λ, 2,5λ, , . Това ви дава формулата Δs=( k +0,5)λ, където

k=0, ±1, ±2 и т.н. С k=1 имате минимум поръчка 1.

Ориз. 4. Разрушителна намеса

Пример за изчисляване на вълнова интерференция

За по-добро разбиране, ето опростена версия на изчислението. Да предположим, че се излъчват две вълни (S1и S2). И двата сигнала имат еднаква амплитуда, честота и поляризация. Приемникът е далеч E.

Ориз. 5. Изчисляване на вълновата интерференция

Фигурата показва, че разликата в пътя Δs се влияе, наред с други неща, от ъгъл α‎. Тригонометрично може да се определи следната връзка: sin (α)=Δs / b=↔ Δs=bsin (α)

За ъгъл α получавате тен (α)=x / d

За много малко α използвайте приближението на малкия ъгъл. Това означава, че tan( α ) ≈ sin( α ). Ако включите това във вашата формула за разликата в пътя Δs, получавате: Δs=btan (α)=b( x / d ).

Списък на използваните източници

    Физика. 11 клас. Дълбоко ниво. Вибрации и вълни. Учебник - Мякишев Г.Я., Синяков А.З
  1. B. Жилко, Г. Маркович, Физика, Учебник за 11 клас на учебни заведения с руски език на обучение с 2-годишен срок на обучение (основно и напреднало ниво), Беларус
  2. N. С. Пуришева, Н. Е. Важеевская, Д. А. Исаев, В. М. Чаругин, физика 11 клас

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Сграда