Интерференция - какво е това? Какво представлява смущението и дифракцията?

Тази статия се занимава с такъв феномен на физиката като намеса: какво е това, кога възниква и как се прилага. Също така, подробно е описано съответното понятие за вълнова физика - дифракция.

Видове вълни

Когато думата "вълна" се появи в книга или в разговор, тогава обикновено се появява морето: синьо пространство, неизмеримо разстояние, едно след друго на брега, солените ролки прелитат. Живеещите в степите ще си представят различен вид: огромното пространство на тревата, махайки под нежен бриз. Някой друг ще си спомни вълните, ще прегледа гънките на тежка завеса или ще разтърси знаме на слънчев ден. Един математик ще мисли за синусоида, любител на радиото - за електромагнитни трептения. Всички те имат различна природа и принадлежат към различни видове. Но едно нещо е безспорно: вълната е състояние на отклонение от равновесие, превръщането на някакъв "гладък" закон в осцилаторен. За тях е приложимо такова явление като намеса. Какво е и как възниква, ще разгледаме по-късно. Първо ще разберем какви са вълните. Ние изброяваме следните видове:

• механично;
• химически;
• електромагнитно;
• гравитацията;
• въртящи се;
• вероятност.

По отношение на физиката, вълните прехвърлят енергия. Но се случва, че масата също се движи. В отговор на въпроса за това какво е намесата във физиката, трябва да се отбележи, че тя е характерна за вълни от абсолютно всякакъв характер.

Знаци за разликата между вълните

Колкото и странно да изглежда, няма определена дефиниция на вълна. Видовете им са толкова разнообразни, че само типовете класификация са повече от дузина. Какви са отличителните черти на вълните?

1. Чрез метода на разпространение в средата (движение или стоене).
2. По природа на самата вълна (вибрациите и solitons са различни точно от тази характеристика).
3. По вид на разпределение в средата (надлъжно, напречно).
4. По степен на линейност (линейна или нелинейна).
5. Чрез свойствата на средата, в която се разпространяват (дискретни, непрекъснати).
6. Съгласно формата (плоска, сферична, спирална).
7. Чрез характеристиките на физическата среда на размножаване (механични, електромагнитни, гравитационни).
8. В посока на вибрация на частиците на средата (сгъстяване или срязване).
9. Времето, необходимо за възбуждане на средата (единичен, монохромен, вълнов пакет).

Интерференцията е приложима за всеки тип тези средни смущения. Това, което е специално, се съдържа в тази концепция и защо това явление прави нашия свят точно това, което ще бъде, ще кажем, след коригиране на характеристиките на вълната.

Характеристики на вълната

Независимо от типа и вида на вълните, те имат общи характеристики. Ето списъка:

1. Гребецът е един вид максимум. За компресионните вълни това е мястото на най-голямата плътност на средата. Това представлява най-голямото положително отклонение на трептенията от състоянието на равновесие.
2. Лодката (в някои случаи долината) е обратната концепция на гребена. Минималното, най-голямото отрицателно отклонение от равновесното състояние.
3. Периодичността или честотата - времето, през което преминава вълната от един максимум до следващия.
4. Пространствената периодичност или дължината на вълната е разстоянието между съседните пикове.
5. Амплитудата е височината на пиковете. Това определение ще бъде необходимо, за да се разбере какво представлява намесата на вълните.

Разгледахме подробно вълната, нейните характеристики и различните класификации, защото концепцията за "намеса" не може да бъде обяснена без ясно разбиране за такъв феномен като смущението на околната среда. Напомняме ви, че намесата е смислена само за вълните.

Взаимодействие на вълните

Сега се доближаваме до понятието "намеса": какво е то, когато възниква и как да го дефинираме. Всички тези видове, видове и характеристики на вълните принадлежат на идеалния случай. Това са описания на "сферичен кон във вакуум", т.е. някои теоретични конструкции, които са невъзможни в реалния свят. Но на практика цялото пространство наоколо е проникнато с различни вълни. Светлина, звук, топлина, радио, химически процеси периодични колебания на околната среда. И всички тези вълни взаимодействат. Трябва да се отбележи една особеност: че те биха могли да се повлияят един на друг, те трябва да имат подобни характеристики.

Вълните на звука по никакъв начин не могат да пречат на светлината, а радиовълните не взаимодействат с вятъра. Разбира се, влиянието все още е там, но то е толкова малко, че ефектът му просто не се взема под внимание. С други думи, при обясняването на това, което е светлинната намеса, се приема, че един фотон се отразява на другия по време на срещата. Така че, по-подробно.

смущения

За много видове вълни принципът на суперпозицията действа: те се срещат в една точка в пространството, взаимодействат. Размяната на енергия се определя от промяна в амплитудата. Законът за взаимодействието е както следва: ако две максимуми се срещат в една точка, тогава в крайната вълна интензитетът на максимума се удвоява - ако се получи максимален и минимален резултат, тогава получената амплитуда става нула. Това е очевидният отговор на въпроса за това какво е намесата на светлината и звука. Всъщност този феномен се припокрива.

Интерференция на вълни с различни характеристики

Събитието, описано по-горе, представлява среща на две идентични вълни в линейно пространство. Въпреки това, две противоположни вълни могат да имат различни честоти, амплитуди и дължини. Как да представите крайната картина в този случай? Отговорът се крие във факта, че резултатът няма да бъде точно като вълна. Тоест, стриктният ред на редуване на върховете и ниските стойности ще бъде нарушен: в някакъв момент амплитудата ще бъде максимална, в следващата ще бъде по-малка, тогава максималният и минималният ще се срещнат и резултатът ще се превърне в нула. Въпреки това, колкото и силни да са разликите между двете вълни, амплитудата ще се повтори рано или късно. В математиката е обичайно да се говори за безкрайност, но в действителност силите на триене и инерцията могат да спрат самото съществуване на получената вълна преди да се повтарят моделите на върховете, долините и равнините.

Интерференция на вълните, които се появяват под ъгъл

Но, в допълнение към собствените си характеристики, реалните позиции могат да се различават по позицията в пространството. Например, когато разглеждаме въпроса за това, което е смущение на звука, това трябва да се вземе предвид. Представете си, че едно момче идва и се втурва в свирката. Той изпраща пред себе си звукова вълна. И покрай него друго момче ездае велосипед и звъни на камбаната, за да може пешеходецът да се отдръпне. На мястото на срещата на тези две звукови вълни те се пресичат под някакъв ъгъл. Как да се изчисли амплитудата и формата на окончателната флуктуация на въздуха, която ще лети, например, до най-близката продажба на семената на баба на Маша? Тук векторът на звуковата вълна влиза в сила. И в този случай добавете или извадете не само величината на амплитудата, но и размножителните вектори на тези колебания. Надяваме се, че баба на Маша няма да крещи високо на шумни момчета.

Интерференция на светлината с различна поляризация

Също така се случват фотони с различна поляризация, които се срещат в една и съща точка. В този случай е необходимо да се вземе предвид и векторният компонент на електромагнитните колебания. Ако те не са взаимно перпендикулярни или един от светлинните лъчи има кръгова или елипсовидна поляризация, взаимодействието е напълно възможно. Няколко метода за определяне на оптичната чистота на кристалите са конструирани на този принцип: не трябва да има взаимодействие в перпендикулярно поляризираните греди. Ако картината е изкривена, тогава кристалът не е идеален, той променя поляризацията на гредите, което означава, че не се отглежда правилно.

Интерференция и дифракция

Взаимодействието на две греди на светлина води до техните смущения доведат зрителят вижда серия от светлина (максимум) и тъмно (минимум) на ленти или пръстени. Но взаимодействието на светлината и материята се придружава от друго явление - дифракция. Тя се основава на факта, че светлината с различни дължини на вълната е иначе пречупена от средата. Например, ако дължината на вълната от 300 нанометра, ъгълът на отклонение е 10 градуса и 500 нанометра, ако - е 12. Така, когато призмата от кварц светлина попада върху соларната лъч се пречупва не червена като лилаво (техните дължини на вълните се различават) , а наблюдателят вижда дъга. Това е отговорът на въпроса за това какво е намесата и дифракцията на светлината и как те се различават. Ако изпращате към една и съща призмата на монохромни радиация от лазер, без дъгата няма да бъде, тъй като няма фотони с различни дължини на вълните. Просто гредата ще се отклони от първоначалната посока на разпространение до някакъв ъгъл, това е всичко.

Прилагане на феномена на намеса в практиката

Има много възможности да получите практически ползи от това чисто теоретично явление. Тук ще бъдат изброени само основните:

1. Изследване на качеството на кристалите. Малко по-рано говорихме за това.
2. Идентифициране на грешки на лещите. Често те трябва да бъдат полирани в идеална сферична форма. Наличието на дефекти се открива с помощта на явление на смущения.
3. Определяне на дебелината на филма. При някои видове производство много означава постоянна дебелина на филма, например пластмаса. Определянето на качеството й позволява точно явлението на смущения, заедно с дифракцията.
4. Оптика на просвещението. Очилата, лещите на камерите и микроскопите са покрити с тънък филм. По този начин електромагнитните вълни с определена дължина просто се отразяват и наслояват върху себе си, като намаляват смущенията. Най-често просветлението се извършва в зелената част на оптичния спектър, тъй като това е областта, която човешкото око възприема най-добре.
5. Проучване на космоса. Познавайки законите на намеса, астрономите могат да разделят спектрите на две близко разположени звезди и да определят състава си и разстоянието до Земята.
6. Теоретични изследвания. Веднъж с помощта на феномен на смущения е било възможно да се докаже вълновата природа на елементарните частици, като например електрони и протони. Това потвърждава хипотезата за корпускуларния вълнов дуализъм на микросвета и полага основите на квантовата ера.

Надяваме се, че с тази статия вашите знания за налагането на кохерентни (излъчени от източници с постоянна фазова разлика и същата честота) вълни значително се разшириха. Това явление се нарича намеса.