Интерференция волн

К числу явлений, характерных для волновых процессов, относится интерференция волн, заключающаяся в том, что при взаимном наложении двух волн может происходить усиление и ослабление колебаний.

Чтобы ознакомиться с этим явлением, рассмотрим, что произойдет, если в некоторую точку пространства будут приходить волны одинаковой длины.

Пронаблюдаем это явление на примере волн, распространяющихся на поверхности воды. Будем непрерывно создавать волны на ее поверхности в двух каких-нибудь точках. Для этого в непосредственной близости к поверхности воды поместим концы двух проволочек, приделанных к упругой металлической пластинке. При колебании пластинки концы проволочек будут периодически погружаться в воду, и возбуждать колебания, распространяющиеся в виде волн равной длины по ее поверхности. Каждая из проволочек возбуждает свою систему волн. Две волновые системы, налагаясь одна на другую, будут взаимодействовать, а значит, будет происходить интерференция волн.

Важно, чтобы две волновые системы были согласованы, т. е. чтобы при одинаковой длине они выходили из центров колебания в одинаковых фазах, или, если они при возникновении сдвинуты по фазе (например, возникли в противоположных фазах), то сдвиг по фазе со временем не должен меняться. Такие волны называют когерентными. В данном опыте когерентность обеспечена тем, что оба конца проволоки периодически касаются поверхности воды одновременно – волны оставляют центры колебания в одинаковых фазах.

Построим картину наложения двух систем когерентных волн. Сплошными окружностями обозначим гребни кольцевых волн, распространяющихся по поверхности воды от источников, а пунктиром – впадины. Точки, где встречаются волны обеих систем в одинаковых фазах, впадина с впадиной и гребень с гребнем, - точки усиленных колебаний (максимумы). Точки же ослабленных колебаний (минимумы), расположены в местах, где встречается впадина одной волны с гребнем другой. При наличии когерентности волн картина чередования максимумов и минимумов будет устойчивой. В самом деле, если в данный момент в какой-либо точке встречаются, гребень с гребнем, то через полпериода там же встретятся впадина с впадиной, а еще через полпериода опять гребень с гребнем и т.д., т.е. в данной точке все время будет максимум колебаний. Такое смену минимумов и максимумов амплитуд колебаний называют интерференционной картиной. А явление наложения волн, образующее интерференционную картину, называется интерференция волн.

Для решения вопроса о том, в каких фазах встретятся в данной точке интерферирующие волны, нужно учесть разность их хода. Для этого достаточно сосчитать число волн соответствующей системы, укладывающихся на расстояниях между интересующими нас точками максимумов и минимумов и центрами колебаний. Мы увидим, что максимумы будут в тех точках, которые или находятся на одинаковых расстояниях от обоих центров, или в точках, где разность хода соответствует четному количеству полуволн, в то время как минимумы – нечетному числу.

На примере данного опыта мы рассмотрели такое явление как интерференция механических волн.

Тем не менее, явление интерференции свойственно не только волнам, возникающим на поверхности воды, но и всем видам волн: звуковым, электромагнитным и другим. Стало быть, если свет имеет волновые свойства, то при наложении двух его пучков возникнет интерференция световых волн.

Источники, испускающие такие волны, называют когерентными. В оптике когерентные источники можно создать только искусственно.

Не следует забывать, что интерференция волн (любых, в том числе и световых) возникает только тогда, когда волны, которые взаимодействуют, обладают одинаковой частотой и не зависящим от времени сдвигом фаз во всякой точке.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Следят за новыми комментариями — 7
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.