Interferența - ce este? Ce este interferența și difracția?

Acest articol se referă la un astfel de fenomen de fizică ca interferență: ce este, când apare și cum se aplică. De asemenea, conceptul conex al fizicii valurilor - difracție - este descris în detaliu.

Tipuri de valuri

Atunci când într-o carte sau într-o conversație apare cuvântul „val“, apoi, de regulă, odată ce a reprezentat marea: întindere albastră, întindere fără margini, unul după altul pe malul lepuire arbori sarate. Un rezident al stepei își va imagina un alt fel: vasta întindere de iarbă, fluturând sub o briză blândă. Cineva își va aminti valurile, analizând pliurile unei perdele grele sau fluturând un steag într-o zi însorită. Un matematician se va gândi la un sinusoid, un iubitor de radio - despre oscilațiile electromagnetice. Toți au o natură diferită și aparțin unor specii diferite. Dar un lucru este indiscutabil: valul este o stare de abatere de la echilibru, transformarea unei legi "netede" într-una oscilantă. Pentru ei este aplicabil un astfel de fenomen ca interferența. Ce este și cum apare, vom analiza mai târziu. Mai întâi vom înțelege care sunt valurile. Listați următoarele tipuri:

• mecanice;
• chimice;
• electromagnetice;
• gravitate;
• spin;
• probabilitate.

În ceea ce privește fizica, valurile transferă energia. Dar se întâmplă că masa se mișcă și ea. Răspunzând la întrebarea care este interferența în fizică, trebuie remarcat faptul că este caracteristic valurilor de orice natură.

Semne ale diferenței dintre valuri

Ciudat cum pare, nu există o singură definiție a valului. Specia lor este atât de diversă încât numai tipurile de clasificare sunt mai mult de o duzină. Care sunt trăsăturile distinctive ale valurilor?

1. Prin metoda propagării în mediu (funcționare sau în picioare).
2. Prin natura valului însuși (vibrațiile și solitonurile sunt diferite de această trăsătură).
3. De tipul de distribuție în mediu (longitudinal, transversal).
4. Prin gradul de linearitate (liniar sau neliniar).
5. Prin proprietățile mediului în care se propagă (discret, continuu).
6. Potrivit formularului (plat, sferic, spirală).
7. Prin caracteristicile mediei fizice de propagare (mecanică, electromagnetică, gravitațională).
8. În direcția vibrațiilor particulelor mediului (unde de compresie sau de forfecare).
9. Până când este nevoie să excitați mediul (singur, monocromatic, pachet de valuri).

Interferența este aplicabilă oricărui tip de perturbări medii. Ceea ce este special este conținut în acest concept și de ce acest fenomen face lumea noastră exact ceea ce este, vom spune după ajustarea caracteristicilor valului.

Wave caracteristici

Indiferent de tipul și tipul de valuri, toate au caracteristici comune. Iată lista:

1. Piesa este un fel de maxim. Pentru undele de compresie, acesta este locul celei mai mari densități a mediului. Aceasta reprezintă cea mai mare deviere pozitivă a oscilației de la starea de echilibru.
2. Loja (în unele cazuri valea) este conceptul invers al creastei. Deviația minimă, cea mai mare negativă față de starea de echilibru.
3. Perioada de timp, sau frecvența - este timpul pentru care valul trece de la un maxim la altul.
4. Spațialitatea sau lungimea de undă reprezintă distanța dintre vârfurile vecine.
5. Amplitudinea este înălțimea vârfurilor. Această definiție va fi necesară pentru a înțelege care este interferența valurilor.

Am analizat în detaliu valul, caracteristicile sale și diferitele clasificări, deoarece conceptul de "interferență" nu poate fi explicat fără o înțelegere clară a unui astfel de fenomen ca perturbarea mediului. Vă reamintim că interferențele sunt semnificative numai pentru valuri.

Interacțiunea valurilor

Acum ne apropiem de noțiunea de "interferență": ce este, când apare și cum se definește. Toate tipurile, tipurile și caracteristicile de valuri de mai sus aparțin cazului ideal. Acestea erau descrieri ale unui "cal sferic într-un vid", adică niște construcții teoretice care sunt imposibile în lumea reală. Dar, în practică, tot spațiul din jur este pătruns de valuri diferite. Lumină, sunet, căldură, radio, procese chimice sunt fluctuațiile periodice mediu. Și toate aceste valuri interacționează. Trebuie remarcat o caracteristică: că acestea ar putea să se afecteze reciproc, ele ar trebui să aibă caracteristici similare.

Valurile de sunet nu pot interfera cu lumina, iar undele radio nu interacționează cu vântul. Desigur, influența este încă acolo, dar este atât de mică încât efectul ei pur și simplu nu este luat în considerare. Cu alte cuvinte, explicând ce interferență de lumină este, se presupune că un foton afectează celălalt în timpul întâlnirii. Mai mult, în detaliu.

amestec

Pentru multe tipuri de valuri, principiul suprapunerii operează: se întâlnesc la un singur punct în spațiu, interacționează. Schimbul de energie este indicat de o schimbare a amplitudinii. Legea interacțiunii este după cum urmează: în cazul în care există în același punct două vârfuri, valul final al intensității maxime este crescută dacă există la îndemână pentru două sau maxim și minim, amplitudinea totală dispare. Acesta este răspunsul evident la întrebarea care este interferența dintre lumină și sunet. De fapt, acest fenomen se suprapune.

Interferența valurilor cu caracteristici diferite

Evenimentul descris mai sus reprezintă o întâlnire a două valuri identice într-un spațiu liniar. Cu toate acestea, cele două valuri counterpropagating pot avea o frecvență diferită, amplitudine, lungime. Cum să prezentăm imaginea finală în acest caz? Răspunsul constă în faptul că rezultatul nu va fi exact ca un val. Aceasta este o ordine strictă de succesiune de maxime și minime vor fi încălcate: într-un anumit punct de amplitudine maximă va fi următoarea - deja mai mici, apoi să îndeplinească maxim și minim, iar rezultatul dispare. Totuși, indiferent cât de puternice sunt diferențele dintre cele două valuri, amplitudinea va fi repetată mai devreme sau mai târziu. În matematică, pentru a vorbi despre infinit, dar, în realitate, forțele de frecare și a inerției poate opri existența undei care rezultă în sine înainte de imaginea vârfurilor, văi și câmpii din nou.

Interferența valurilor care apar într-un unghi

Dar, pe lângă propriile caracteristici, pozițiile reale pot diferi în poziția în spațiu. De exemplu, atunci când se analizează problema interferenței sunetului, trebuie luată în considerare acest lucru. Imaginați-vă: un băiat vine și suflă în fluier. El trimite un val de sunet în fața lui. Și în urma lui un alt băiat călărește o bicicletă și sună la clopot, astfel încât pietonii să iasă deoparte. La punctul de întâlnire al acestor două unde sonore, se intersectează sub un anumit unghi. Cum se calculeaza amplitudinea si forma fluctuatiei finale a aerului, care va acoperi, de exemplu, cea mai apropiata vanzare a semintelor de bunica a lui Masha? Aici, componenta vectorială a undelor sonore intră în vigoare. Și adăugați sau scădeți în acest caz nu numai magnitudinea amplitudinii, ci și vectorii de propagare a acestor oscilații. Sperăm că bunica lui Masha nu va țipa cu voce tare la băieții zgomotoși.

Interferența luminii cu polarizare diferită

De asemenea, se întâmplă ca fotoni de polarizare diferită să se întâlnească în același punct. În acest caz, este de asemenea necesar să se ia în considerare componenta vectorială a oscilațiilor electromagnetice. Dacă ele nu sunt reciproc perpendiculare sau una dintre fasciculele luminoase are o polarizare circulară sau eliptică, interacțiunea este foarte posibilă. Câteva metode pentru determinarea purității optice a cristalelor sunt construite pe acest principiu: nu trebuie să existe interacțiuni în grinzile polarizate perpendicular. Dacă imaginea este distorsionată, atunci cristalul nu este ideal, schimbă polarizarea grinzilor, ceea ce înseamnă că nu este crescută corect.

Interferențe și difracție

Interacțiunea a două fascicule luminoase conduce la interferențele lor, prin urmare, observatorul vede o serie de benzi sau inele întunecate (maxime) și întunecate (minimale). Dar interacțiunea dintre lumină și materie este însoțită de un alt fenomen - difracție. Ea se bazează pe faptul că lumina de diferite lungimi de undă refracta diferit mass-media. De exemplu, în cazul în care lungimea de undă de 300 nanometri, unghiul de deviere este de 10 de grade, și 500 nanometri dacă - este 12. Astfel, atunci când prisma din lumina cuarț cade pe raza solară refractată nu roșie ca violet (lungimi de undă diferă) , iar observatorul vede un curcubeu. Acesta este răspunsul la întrebarea de ce este interferența și difracția luminii și modul în care acestea diferă. Dacă trimitem radiații monocromatice de la laser la aceeași prismă, nu va exista curcubeu, deoarece nu există fotoni cu lungimi de undă diferite. Doar fază este deviat de la direcția inițială de propagare a unui anumit unghi, și totul.

Aplicarea fenomenului de interferență în practică

Există o mulțime de oportunități pentru a obține beneficii practice din acest fenomen pur teoretic. Aici vor fi listate numai cele principale:

1. Investigarea calității cristalelor. Un pic mai devreme am vorbit despre asta.
2. Identificarea erorilor lentilelor. Adesea ele trebuie lustruite într-o formă sferică ideală. Prezența oricăror defecte este detectată cu ajutorul unui fenomen de interferență.
3. Determinarea grosimii filmului. În unele tipuri de producție, înseamnă foarte mult o grosime constantă a filmului, de exemplu plastic. Determinați-i că calitatea acestuia permite exact fenomenul de interferență, împreună cu difracția.
4. Iluminarea optică. Ochelarii, lentilele de cameră și microscoapele sunt acoperite cu un strat subțire. Astfel, undele electromagnetice de o anumită lungime sunt pur și simplu reflectate și suprapuse asupra lor, reducând interferențele. Cel mai adesea, iluminarea se face în partea verde a spectrului optic, deoarece în acest domeniu ochiul uman percepe cel mai bine.
5. Explorarea cosmosului. Cunoscând legile interferenței, astronomii sunt capabili să împartă spectrele a două stele apropiate și să determine compozițiile și distanța față de Pământ.
6. Cercetare teoretică. Odată cu ajutorul unui fenomen de interferență a fost posibil să se demonstreze natura valurilor particulelor elementare, cum ar fi electronii și protonii. Aceasta a confirmat ipoteza dualismului valurilor corpusulare a microproiectului și a pus temelia erei cuantice.

Sperăm că, cu acest articol, cunoștințele dvs. privind impunerea unor valuri coerente (emise de surse având o diferență constantă de fază și aceeași frecvență) au crescut semnificativ. Acest fenomen se numește interferență.