Interferencija, difrakcija ir superpozicijos principas

Interferencija vyksta bangoms sąveikaujant tarpusavyje, o difrakcija - bangai kertant diafragmą. Šias sąveikas reglamentuoja superpozicijos principas. Interferencija, difrakcija ir superpozicijos principas yra svarbios sąvokos norint suprasti keletą bangų taikymo sričių.

Kai sąveikauja dvi bangos, superpozicijos principas sako, kad gaunamas bangos funkcija yra dviejų atskirų bangų funkcijų suma. Šis reiškinys paprastai apibūdinamas kaip trukdžiai.

Apsvarstykite atvejį, kai vanduo lašinamas į vandens kubilą. Jei į vandenį pateks vienas lašas, jis sukurs apskrito bangos bangas, esančias virš vandens. Tačiau jei jūs pradėtumėte lašinti vandenį kitoje vietoje, tai būtų taip pat pradeda kurti panašias bangas. Taikose, kur tos bangos sutampa, gaunama banga būtų dviejų ankstesnių bangų suma.

Tai taikoma tik toms situacijoms, kai bangos funkcija yra tiesinė, tai yra, nuo kurios ji priklauso x ir t tik į pirmąjį galia. Kai kurios situacijos, tokios kaip netiesinis elastingas elgesys, kurio nepaklūsta

Tai gali būti akivaizdu, bet turbūt gerai, kad taip pat aišku, kad šis principas apima panašaus tipo bangas. Akivaizdu, kad vandens bangos netrukdys elektromagnetinėms bangoms. Net tarp panašių bangų tipų efektas paprastai apsiriboja bangomis, kurių bangos yra praktiškai (arba tiksliai) vienodos. Daugelis eksperimentų, kuriuose įtraukiami trukdžiai, patvirtina, kad bangos šiuo atžvilgiu yra tapačios.

Nuotraukoje dešinėje pavaizduotos dvi bangos, o po jomis - kaip tos dvi bangos yra sujungtos, kad būtų rodomi trukdžiai.

Kai žievės sutampa, superpozicijos banga pasiekia maksimalų aukštį. Šis aukštis yra jų amplitudžių suma (arba dvigubai didesnė už jų amplitudę tuo atveju, kai pradinės bangos turi vienodą amplitudę). Tas pats atsitinka, kai loviai sutampa, sukuriant gautą lovį, kuris yra neigiamų amplitudžių suma. Tokie trukdžiai yra vadinami konstruktyvus kišimasis nes padidina bendrą amplitudę. Kitas neanimuotas pavyzdys gali būti matomas spustelėjus paveikslėlį ir pereinant prie antrojo vaizdo.

Kitu atveju, kai bangos kraštas sutampa su kitos bangos dugnu, bangos tam tikru laipsniu panaikina viena kitą. Jei bangos yra simetriškos (t. Y. Ta pati bangos funkcija, bet pasislinkusios faze ar puse bangos ilgio), jos visiškai panaikins viena kitą. Tokie trukdžiai yra vadinami destruktyvus įsikišimas ir gali būti peržiūrimas dešinėje esančiame paveikslėlyje arba spustelėjus tą vaizdą ir pereinant prie kito paveikslėlio.

Dėl to, jei anksčiau buvo virpėjimo vandens kubilo, pamatytumėte keletą taškų, kur trukdžių bangos yra didesnės nei kiekviena atskira banga, o kai kurie taškai, kur bangos atšaukia kiekvieną kitas iš.

Ypatingas trikdžių atvejis yra žinomas kaip difrakcija ir įvyksta, kai banga atsitrenkia į angos ar krašto užtvarą. Kliūties krašte banga nutrūksta ir tai sukuria trukdžių efektus su likusia bangos fronto dalimi. Kadangi beveik visi optiniai reiškiniai yra susiję su šviesos sklidimu per tam tikros rūšies angą - ar tai būtų akis, jutiklis, a teleskopas ar kas kita - difrakcija vyksta beveik visuose, nors dažniausiai efektas yra nereikšmingas. Paprastai difrakcija sukuria „miglotą“ kraštą, nors kai kuriais atvejais (pvz., Youngo dvigubo plyšio eksperimentas, aprašytas žemiau) difrakcija gali sukelti savaime dominančius reiškinius.

Interferencija yra intriguojanti sąvoka ir turi keletą pasekmių, į kurias verta atkreipti dėmesį, ypač šviesos srityje, kur tokius trukdžius gana lengva pastebėti.

Į Thomas Youngo dvigubo plyšio eksperimentas, pvz., dėl šviesos „bangos“ difrakcijos atsirandantys trikdžių modeliai daro ją taip, kad galėtumėte spindėti vienoda šviesa ir suskaidykite ją į šviesių ir tamsių juostų seriją, tiesiog nusiųsdami ją dviem plyšiais, o tai tikrai nėra tai, ko galima tikėtis. Dar labiau stebina tai, kad atliekant šį eksperimentą su dalelėmis, tokiomis kaip elektronai, gaunamos panašios į bangas panašios savybės. Bet kokia banga rodo tokį elgesį tinkamai nustatydama.

Turbūt labiausiai jaudinantis trukdžių pritaikymas yra kurti hologramos. Tai atliekama atspindint nuoseklų šviesos šaltinį, pavyzdžiui, lazerį, nuo objekto ant specialios plėvelės. Trukdžiai, kuriuos sukuria atspindėta šviesa, lemia holografinį vaizdą, kurį galima pamatyti, kai jis vėl yra tinkamo tipo apšvietime.