Interferență - ce este? Ce sunt interferența și difracția? Semnificația cuvântului „interferență” Definiția interferenței fizică

Interferență eu Interferență (din latină inter - reciproc, între ele și ferio - am lovit, am lovit)

1) în biologie - influența încrucișării (Crossing over a) a cromozomilor omologi (Vezi Cromozomi) într-o zonă asupra apariției de noi încrucișări în zonele adiacente acesteia. Mai des, acest tip de I. previne apariția unui nou crossover într-o zonă învecinată, prin urmare, în experimente, procentul indivizilor dublu crossover, de regulă, se dovedește a fi mai mic decât se aștepta teoretic. I. suprimă dubla încrucișare mai ales puternic la distanțe mici între gene. 2) In medicina, I. virusuri - suprimarea actiunii unui virus de catre altul intr-o infectie mixta. În acest caz, primul virus se numește interferență, iar al doilea se numește prefacere.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce înseamnă „Interferență” în alte dicționare:

Interferență... Dicționar de ortografie - carte de referință

Interferența: Interferența (fizica) este o modificare a naturii fenomenelor sonore, termice, luminoase și electrice, explicată prin mișcarea oscilativă: în primul caz, particulele unui corp care sună, în celelalte trei, vibrația. Interferență... ... Wikipedia

interferență- (din latină inter between, ferens (ferentis) bearing) deteriorare în conservarea materialului memorat ca urmare a influenței (suprapunere) a altor materiale cu care subiectul operează. I. este studiat în contextul studiilor memoriei, proceselor de învățare (în ... Mare enciclopedie psihologică

- (nouă lat., din lat. inter între și fero carry), interacțiunea luminii, sunetului și a altor unde. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov A.N., 1910. INTERFERENCE [Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

INTERFERENȚE Interacțiunea a două sau mai multe unde, cum ar fi sunetul sau lumina, care are ca rezultat interferență. Razele se îmbunătățesc sau se slăbesc complet sau parțial, ducând la distorsiuni. Interferența constructivă este... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Influență, interferență radio, suprapunere Dicționar de sinonime rusești. substantiv interferență, număr de sinonime: 3 influență (17) ... Dicţionar de sinonime

Interferență. Vezi interferența chiasmatică. (Sursa: „Dicționar explicativ englez-rus al termenilor genetici”. Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moscova: Editura VNIRO, 1995) ... Biologie moleculară și genetică. Dicţionar.

interferență- și, f. interferență, germană Interferenz lat. inter între + ferens (ferentis purtător. fizic. Fenomenul de interacțiune a sunetului, luminii sau a altor unde emanate din diferite surse. Fotografia color se bazează pe interferență. Ush. 1934.... ... Dicționar istoric al galicismelor limbii ruse

- (din latinescul inter mutually, între mine și ferio lovin, lovesc) suprimarea reciprocă a proceselor care apar simultan, legate în primul rând de sfera cognitivă, din cauza cantității limitate de atenție distribuită... Dicţionar psihologic

- [te], interferență, femeie. (interferența franceză) (fizică). Fenomenul de interacțiune a sunetului, luminii sau a altor unde emanate din diferite surse. Fotografia color se bazează pe interferențe. Dicționarul explicativ al lui Ușakov. D.N. Uşakov. 1935 1940... Dicționarul explicativ al lui Ushakov

- (Interferența) fenomenul de adăugare a două unde, în care acestea fie se întăresc, fie se slăbesc (sau se distrug complet), în funcție de relația dintre fazele de oscilații cu care fiecare dintre unde ajunge la un punct dat. Mutual... ... Dicţionar marin

Cărți

• Interferență și difracție pentru fotonica informațională, Petrov Viktor Mikhailovici, Shamray Alexander Valerievich. Fundamentele fenomenelor de interferență și difracție, precum și principiile construirii filtrelor optice controlate, interferometrelor adaptive, în bandă largă...

Privind o imagine holografică strălucitoare, este puțin probabil ca majoritatea dintre noi să-și amintească termenii fizici "difracţie"Și „interferența undelor luminoase”.


Dar datorită studiului acestor concepte, oportunitatea de a crea holograme a devenit posibilă.

Ce este difracția luminii?

Cuvânt "difracţie" derivat din latină "difractus", ceea ce înseamnă literal „valuri care se îndoaie în jurul obstacolelor” . După cum se știe, are o natură ondulatorie, iar razele sale se supun legilor undelor. În fizică, difracția este denumirea dată fenomenelor optice care apar atunci când undele luminoase se propagă într-un mediu optic neomogen cu incluziuni opace.

Natura ondulatorie a luminii determină comportamentul acesteia atunci când se deplasează în jurul obstacolelor. Dacă un obstacol este de multe ori mai mare decât lungimea de undă a luminii, lumina nu se îndoaie în jurul lui, formând o zonă de umbră. Dar în cazurile în care dimensiunea obstacolelor este proporțională cu lungimea de undă, apare fenomenul de difracție. În principiu, orice abatere de la legile optice geometrice poate fi atribuită difracției.

Interferența undelor

Dacă instalăm un ecran opac în fața sursei de lumină și facem un orificiu în el, atunci razele de lumină care pătrund prin acest punct pe următorul ecran, situat paralel cu primul, vor apărea sub formă de inele concentrice cu lumină alternativă. și cearcănele. Acest fenomen în fizică se numește difracție Fresnel, numit după omul de știință care l-a descoperit și descris pentru prima dată.

Schimbând forma găurii și făcând-o ca fante, obținem o imagine diferită pe al doilea ecran. Razele de lumină vor fi aranjate într-o serie de dungi deschise și întunecate, ca pe codul de bare al unui magazin. Difracția luminii printr-o gaură în formă de fantă a fost descrisă pentru prima dată de fizicianul german Fraunhofer, după care se mai numește.


Oamenii de știință au putut explica descompunerea unei unde de lumină în zone luminoase și întunecate folosind conceptul de interferență. Mai multe surse de oscilații ale undelor, dacă frecvențele lor de oscilație sunt coerente (aceeași sau multipli una cu cealaltă), pot spori radiația reciprocă, dar o pot și slăbi, în funcție de coincidența fazelor de oscilație. Când vă deplasați în jurul obstacolelor și apar unde secundare, interferențele lor intră în joc. În zonele în care fazele undelor coincid, se observă o iluminare crescută (benzi luminoase sau cercuri luminoase), iar acolo unde acestea nu coincid, iluminarea este redusă (zone întunecate).

Rețeaua de difracție

Dacă luăm o placă transparentă și aplicăm pe ea o serie de linii opace paralele la aceeași distanță una de cealaltă, vom obține o rețea de difracție. Când un front luminos plat este trecut prin el, difracția are loc pe linii opace. Undele secundare, atenuate și amplificate reciproc, formează minime și maxime de difracție, care pot fi detectate cu ușurință pe un ecran plasat în spatele unui rețele.

În acest caz, nu are loc doar devierea razelor de lumină, ci și descompunerea luminii albe în componente spectrale de culoare. În natură, colorarea aripilor de fluture, a penajului păsărilor și a solzilor de șarpe necesare pentru camuflaj se formează adesea prin utilizarea fenomenelor optice de difracție și interferență și nu datorită pigmenților.

Holograme

Principiul hologramei a fost inventat în 1947 de către fizicianul D. Gabor, care mai târziu a primit Premiul Nobel pentru invenția sa. Tridimensional, adică O imagine tridimensională a unui obiect poate fi capturată, înregistrată și apoi reprodusă utilizând raze laser. Una dintre undele luminoase se numește undă de referință și este emisă de sursă, iar a doua este unda obiectului și este reflectată de obiectul înregistrat.

Pe o placă fotografică sau alt material destinat înregistrării, este înregistrată o combinație de dungi și pete luminoase și întunecate, care reflectă interferența undelor electromagnetice în această zonă a spațiului. Dacă lumina cu o lungime de undă corespunzătoare caracteristicilor undei de referință este direcționată pe o placă fotografică, aceasta este convertită într-o undă luminoasă cu caracteristici apropiate de unda obiect. Astfel, în fluxul luminos se obține o imagine tridimensională a unui obiect fix.


Astăzi, încă hologramele pot fi înregistrate și redate chiar și acasă. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un fascicul laser, o placă fotografică și un cadru care ține în mod fiabil aceste dispozitive nemișcate, precum și obiectul de înregistrare. Pentru o hologramă acasă, fasciculul unui indicator laser cu lentila de focalizare îndepărtată este perfect.

Datorită lecțiilor anterioare, știm că lumina este o colecție de raze rectilinii care se propagă în spațiu într-un anumit fel. Cu toate acestea, pentru a explica proprietățile unor fenomene, nu putem folosi conceptele de optică geometrică, adică nu putem ignora proprietățile undei ale luminii. De exemplu, atunci când lumina soarelui trece printr-o prismă de sticlă, pe ecran apare o imagine cu benzi de culoare alternante (Fig. 1), care se numește spectru; o examinare atentă a balonului de săpun dezvăluie culoarea sa bizară (Fig. 2), schimbându-se constant în timp. Pentru a explica acestea și alte exemple similare, vom folosi o teorie care se bazează pe proprietățile undei ale luminii, adică pe optica undelor.

Orez. 1. Descompunerea luminii într-un spectru

Orez. 2. Balon de săpun

În această lecție ne vom uita la un fenomen numit interferență luminoasă. Cu ajutorul acestui fenomen, oamenii de știință din secolul al XIX-lea au demonstrat că lumina are o natură ondulatorie, nu una corpusculară.

Fenomenul de interferență este următorul: când două sau mai multe valuri se suprapun una peste alta în spațiu, apare un model stabil de distribuție a amplitudinii, în timp ce în unele puncte din spațiu amplitudinea rezultată este suma amplitudinilor undelor originale, în alte puncte din spațiu amplitudinea rezultată devine egal cu zero. În acest caz, trebuie impuse anumite restricții asupra frecvențelor și fazelor undelor inițial pliante.

Exemplu de adăugare a două unde luminoase

Creșterea sau scăderea amplitudinii depinde de diferența de fază cu care cele două unde de pliere ajung la un punct dat.

În fig. Figura 3 prezintă cazul adunării a două unde din surse punctuale și situate la distanță și față de punct M, în care se fac măsurători de amplitudine. Ambele valuri au la un punct Mîn cazul general, amplitudini diferite, deoarece înainte de a ajunge în acest punct parcurg căi diferite și fazele lor diferă.

Orez. 3. Adăugarea a două valuri

În fig. Figura 4 arată cum depinde amplitudinea rezultată a oscilației într-un punct M depinde de fazele în care sosesc cele două unde sinusoidale ale sale. Când crestele coincid, amplitudinea rezultată este maximizată. Când creasta coincide cu jgheabul, amplitudinea rezultată este resetata la zero. În cazurile intermediare, amplitudinea rezultată are o valoare între zero și suma amplitudinilor undelor de pliere (Fig. 4).

Orez. 4. Adăugarea a două unde sinusoidale

Valoarea maximă a amplitudinii rezultate va fi observată în cazul în care diferența de fază dintre cele două unde de adunare este zero. Același lucru trebuie observat atunci când diferența de fază este egală cu , deoarece aceasta este perioada funcției sinus (Fig. 5).

Orez. 5. Valoarea maximă a amplitudinii rezultate

Amplitudinea oscilațiilor la un punct dat maxim, dacă diferența dintre traseele celor două unde care excită oscilația în acest punct este egală cu un număr întreg de lungimi de undă sau un număr par de semi-unde (Fig. 6).

Orez. 6. Amplitudinea maximă a oscilațiilor într-un punct M

Amplitudinea oscilațiilor într-un punct dat este minimă dacă diferența dintre traseele celor două unde care excită oscilația în acest punct este egală cu un număr impar de semi-unde sau cu un număr semiîntreg de lungimi de undă (Fig. 7).

Orez. 7. Amplitudinea minimă a oscilațiilor într-un punct M

, Unde .

Interferență poate fi observată numai în cazul adăugării coerent valuri (Fig. 8).

Orez. 8. Interferență

Valuri coerente- acestea sunt unde care au aceleași frecvențe, diferență de fază care este constantă în timp la un punct dat (Fig. 9).

Orez. 9. Valuri coerente

Dacă undele nu sunt coerente, atunci la orice punct de observare sosesc două unde cu o diferență de fază aleatorie. Astfel, amplitudinea după adăugarea a două unde va fi, de asemenea, o variabilă aleatorie care se modifică în timp, iar experimentul va arăta absența unui model de interferență.

Valuri incoerente- sunt unde în care diferența de fază se modifică continuu (Fig. 10).

Orez. 10. Valuri incoerente

Există multe situații în care se poate observa interferența razelor de lumină. De exemplu, o pată de benzină într-o băltoacă (Fig. 11), un balon de săpun (Fig. 2).

Orez. 11. Pată de benzină într-o băltoacă

Exemplul cu bule de săpun se referă la cazul așa-numitei interferențe în pelicule subțiri. Omul de știință englez Thomas Young (Fig. 12) a fost primul care a venit cu ideea posibilității de a explica culorile peliculelor subțiri prin adăugarea de valuri, dintre care una este reflectată de suprafața exterioară a film, iar celălalt din interior.

Orez. 12. Thomas Young (1773-1829)

Rezultatul interferenței depinde de unghiul de incidență a luminii pe film, de grosimea acestuia și de lungimea de undă a luminii. Amplificarea va avea loc dacă unda refractată rămâne în urma undei reflectate cu un număr întreg de lungimi de undă. Dacă al doilea val rămâne în urmă cu o jumătate de undă sau cu un număr impar de semi-unde, atunci lumina se va slăbi (Fig. 13).

Orez. 13. Reflexia undelor de lumină de pe suprafețele filmului

Coerența undelor reflectate de pe suprafețele exterioare și interioare ale filmului se explică prin faptul că ambele aceste unde sunt părți ale aceleiași unde incidente.

Diferența de culori corespunde faptului că lumina poate consta din unde de diferite frecvențe (lungimi). Dacă lumina constă din unde cu aceleași frecvențe, atunci se numește monocromatic iar ochiul nostru îl percepe ca o singură culoare.

Lumină monocromatică(din greaca veche μόνος - unu, χρῶμα - culoare) - o undă electromagnetică cu o frecvență specifică și strict constantă din gama de frecvențe percepute direct de ochiul uman. Originea termenului se datorează faptului că diferențele de frecvență a undelor luminoase sunt percepute de oameni ca diferențe de culoare. Cu toate acestea, prin natura lor fizică, undele electromagnetice din domeniul vizibil nu diferă de undele din alte domenii (infraroșu, ultraviolete, raze X etc.), iar termenul „monocromatic” („o singură culoare”) este, de asemenea, utilizat. în raport cu ele, deși acestea nu au senzație de culoare nici valuri. Lumina constând din unde de diferite lungimi de undă se numește policromatice(lumina de la soare).

Astfel, dacă lumina monocromatică incide pe o peliculă subțire, modelul de interferență va depinde de unghiul de incidență (la unele unghiuri undele se vor spori reciproc, în alte unghiuri se vor anula reciproc). Cu lumină policromatică, pentru a observa modelul de interferență, este convenabil să folosiți o peliculă de grosime variabilă, în care undele cu lungimi diferite vor interfera în puncte diferite și putem obține o imagine color (ca într-un balon de săpun).

Există dispozitive speciale - interferometre (Fig. 14, 15), cu care puteți măsura lungimi de undă, indici de refracție a diferitelor substanțe și alte caracteristici.

Orez. 14. Jamin interferometru

Orez. 15. interferometru Fizeau

De exemplu, în 1887, doi fizicieni americani, Michelson și Morley (Fig. 16), au proiectat un interferometru special (Fig. 17), cu care intenționau să demonstreze sau să infirme existența eterului. Acest experiment este unul dintre cele mai cunoscute experimente din fizică.

Orez. 17. Interferometrul stelar Michelson

Interferența este utilizată și în alte domenii ale activității umane (pentru a evalua calitatea tratamentului de suprafață, pentru a limpezi optica, pentru a obține acoperiri foarte reflectorizante).

Condiție

Două oglinzi translucide sunt situate paralele una cu cealaltă. O undă luminoasă de frecvență cade asupra lor perpendicular pe planul oglinzilor (Fig. 18). Care ar trebui să fie distanța minimă dintre oglinzi pentru a observa un minim de interferență de ordinul întâi a razelor care trec?

Orez. 18. Ilustrație pentru problema

Dat:

Găsi:

Soluţie

O rază va trece prin ambele oglinzi. Celălalt va trece prin prima oglindă, va fi reflectat de a doua și prima și va trece prin a doua. Diferența în calea acestor raze va fi de două ori distanța dintre oglinzi.

Numărul minim corespunde valorii unui număr întreg.

Lungimea de unda este:

unde este viteza luminii.

Să înlocuim valoarea și valoarea lungimii de undă în formula diferenței de cale:

Răspuns: .

Pentru a obține unde luminoase coerente folosind surse convenționale de lumină, se folosesc metode de divizare a frontului de undă. În acest caz, unda luminoasă emisă de orice sursă este împărțită în două sau mai multe părți, coerente între ele.

1. Obținerea undelor coerente prin metoda lui Young

Sursa de lumină este o fantă puternic iluminată, din care unda de lumină cade pe două fante înguste paralele cu fanta originală S(Fig. 19). Astfel, fantele servesc ca surse coerente. Pe ecranul din zonă B.C. se observă un model de interferență sub formă de dungi alternative luminoase și întunecate.

Orez. 19. Obținerea undelor coerente prin metoda lui Young

2. Obținerea undelor coerente folosind o biprismă Fresnel

Această biprismă este formată din două prisme dreptunghiulare identice cu un unghi de refracție foarte mic, pliate la bazele lor. Lumina de la sursă este refractată în ambele prisme, drept urmare razele se propagă în spatele prismei, parcă ar proveni din surse imaginare și (Fig. 20). Aceste surse sunt coerente. Astfel, pe ecranul din zonă B.C. se observă un model de interferenţă.

Orez. 20. Obținerea undelor coerente folosind o biprismă Fresnel

3. Obținerea undelor coerente folosind separarea lungimii căii optice

Două unde coerente sunt create de o singură sursă, dar căi geometrice diferite de lungime și trec pe ecran (Fig. 21). În acest caz, fiecare rază călătorește printr-un mediu cu propriul indice de refracție absolut. Diferența de fază dintre undele care sosesc într-un punct de pe ecran este egală cu următoarea valoare:

Unde și sunt lungimile de undă în medii ai căror indici de refracție sunt egali cu și respectiv.

Orez. 21. Obținerea undelor coerente folosind separarea lungimii căii optice

Se numește produsul dintre lungimea traseului geometric și indicele absolut de refracție al mediului lungimea căii optice.

,

– diferența optică în calea undelor interferente.

Folosind interferența, puteți evalua calitatea tratamentului de suprafață al unui produs cu o precizie a lungimii de undă. Pentru a face acest lucru, trebuie să creați un strat subțire de aer în formă de pană între suprafața probei și o placă de referință foarte netedă. Apoi, neregularitățile suprafeței de până la cm vor provoca o curbură vizibilă a franjurilor de interferență formate atunci când lumina este reflectată de pe suprafețele testate și de pe marginea inferioară (Fig. 22).

Orez. 22. Verificarea calitatii tratamentului de suprafata

O mulțime de echipamente fotografice moderne utilizează un număr mare de ochelari optici (obiective, prisme etc.). Trecând prin astfel de sisteme, fluxul de lumină experimentează reflexii multiple, ceea ce are un efect negativ asupra calității imaginii, deoarece o parte din energie se pierde în timpul reflexiei. Pentru a evita acest efect, este necesar să folosiți metode speciale, dintre care una este metoda de curățare a opticii.

Curățarea optică se bazează pe fenomenul de interferență. Pe suprafața sticlei optice, cum ar fi o lentilă, se aplică o peliculă subțire cu un indice de refracție mai mic decât indicele de refracție al sticlei.

În fig. Figura 23 arată traseul unui fascicul incident pe interfață la un unghi ușor. Pentru a simplifica, efectuăm toate calculele pentru un unghi egal cu zero.

Orez. 23. Acoperirea opticii

Diferența în calea undelor luminoase 1 și 2 reflectate de pe suprafețele superioare și inferioare ale filmului este egală cu de două ori grosimea filmului:

Lungimea de undă din film este mai mică decât lungimea de undă în vid n o singura data ( n- indicele de refracție al filmului):

Pentru ca undele 1 și 2 să se slăbească reciproc, diferența de cale trebuie să fie egală cu jumătate din lungimea de undă, adică:

Dacă amplitudinile ambelor unde reflectate sunt aceleași sau foarte apropiate una de cealaltă, atunci stingerea luminii va fi completă. Pentru a realiza acest lucru, indicele de refracție al filmului este selectat în mod corespunzător, deoarece intensitatea luminii reflectate este determinată de raportul indicilor de refracție ai celor două medii.

Acest articol examinează fenomenul fizic al interferenței: ce este, când apare și cum este aplicat. Un concept înrudit în fizica undelor, difracția, este, de asemenea, discutat în detaliu.

Tipuri de valuri

Când cuvântul „val” apare într-o carte sau într-o conversație, atunci, de regulă, marea este imediat imaginată: o întindere albastră, o distanță incomensurabilă, una după alta, valuri sărate se năpustesc pe țărm. Un locuitor al stepei își va imagina o vedere diferită: o întindere vastă de iarbă, se leagănă sub briza blândă. Altcineva își va aminti valurile, uitându-se la faldurile unei perdele grele sau la fluturarea unui steag într-o zi însorită. Un matematician se va gândi la o undă sinusoidală, un radioamator se va gândi la oscilațiile electromagnetice. Toate au o natură diferită și aparțin unor tipuri diferite. Dar un lucru este de netăgăduit: o undă este o stare de abatere de la echilibru, transformarea unei legi „netede” într-una oscilativă. Pentru ei este aplicabil un astfel de fenomen precum interferența. Ne vom uita la ce este și cum apare puțin mai târziu. Mai întâi, să ne dăm seama ce sunt valurile. Enumerăm următoarele tipuri:

• mecanic;
• chimic;
• electromagnetic;
• gravitațional;
• a învârti;
• probabilistică.

Din punct de vedere fizic, undele transferă energie. Dar se întâmplă ca și masa să se miște. Răspunzând la întrebarea ce este interferența în fizică, trebuie remarcat că este caracteristică undelor de absolut orice natură.

Semne ale diferențelor de valuri

Destul de ciudat, nu există o definiție unică a unui val. Tipurile lor sunt atât de diverse încât există doar mai mult de o duzină de tipuri de clasificare. Prin ce semne se disting undele?

1. După modul de distribuire în mediu (alergare sau în picioare).
2. Prin natura undei în sine (oscilatorii și solitonii sunt diferiți tocmai pe această bază).
3. După tipul de distribuție în mediu (longitudinală, transversală).
4. După gradul de liniaritate (liniar sau neliniar).
5. După proprietățile mediului în care se propagă (discrete, continue).
6. Forma (plată, sferică, spirală).
7. După caracteristicile mediului fizic de propagare (mecanic, electromagnetic, gravitațional).
8. În direcția de vibrație a particulelor medii (unde de compresie sau forfecare).
9. În funcție de timpul necesar pentru a excita mediul (unic, monocromatic, pachet de undă).

Iar interferența este aplicabilă oricărui tip de aceste perturbări de mediu. Ce este special la acest concept și de ce tocmai acest fenomen face lumea noastră ceea ce este, vă vom spune după ce vom oferi caracteristicile valului.

Caracteristicile valului

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

1. Pieptene este un fel de maxim. Pentru undele de compresie, acesta este locul cu cea mai mare densitate a mediului. Reprezintă cea mai mare abatere pozitivă a oscilației de la starea de echilibru.
2. O scobitură (în unele cazuri o vale) este opusul unei creste. Minimum, cea mai mare abatere negativă de la starea de echilibru.
3. Periodicitatea timpului, sau frecvența, este timpul necesar unei undă pentru a călători de la un maxim la altul.
4. Periodicitatea spațială, sau lungimea de undă, este distanța dintre vârfurile adiacente.
5. Amplitudinea este înălțimea vârfurilor. Această definiție va fi necesară pentru a înțelege ce este interferența undelor.

Am examinat valul, caracteristicile sale și diferitele clasificări în detaliu, deoarece conceptul de „interferență” nu poate fi explicat fără o înțelegere clară a unui astfel de fenomen precum perturbarea mediului. Vă reamintim că interferența are sens doar pentru unde.

Interacțiunea undelor

Acum ne-am apropiat de conceptul de „interferență”: ce este, când apare și cum să o definim. Toate tipurile, tipurile și caracteristicile undelor enumerate mai sus au fost legate de cazul ideal. Acestea erau descrieri ale unui „cal sferic în vid”, adică anumite construcții teoretice care sunt imposibile în lumea reală. Dar, în practică, întregul spațiu din jur este pătruns de diverse valuri. Lumina, sunetul, căldura, radioul, procesele chimice sunt medii. Și toate aceste valuri interacționează. Un lucru de remarcat este că, pentru a se influența reciproc, trebuie să aibă caracteristici similare.

Undele sonore nu vor putea interfera cu lumina în niciun fel, iar undele radio nu vor interacționa în niciun fel cu vântul. Desigur, există încă o influență, dar este atât de mică încât efectul ei pur și simplu nu este luat în considerare. Cu alte cuvinte, când se explică ce este interferența luminii, se presupune că un foton îl afectează pe altul atunci când se întâlnește. Deci, mai multe detalii.

Interferență

Pentru multe tipuri de unde se aplică principiul suprapunerii: atunci când se întâlnesc într-un punct din spațiu, ele interacționează. Schimbul de energie se reflectă în modificarea amplitudinii. Legea interacțiunii este următoarea: dacă două maxime se întâlnesc la un moment dat, atunci în valul final intensitatea maximului se dublează; dacă un maxim și un minim se întâlnesc, atunci amplitudinea rezultată devine zero. Acesta este un răspuns clar la întrebarea care este interferența luminii și a sunetului. Acesta este în esență un fenomen de suprapunere.

Interferența undelor cu caracteristici diferite

Evenimentul descris mai sus reprezintă întâlnirea a două valuri identice în spațiul liniar. Cu toate acestea, două unde de contrapropagare pot avea frecvențe, amplitudini și lungimi diferite. Cum să prezint imaginea finală în acest caz? Răspunsul constă în faptul că rezultatul nu va fi exact ca un val. Adică, ordinea strictă a alternării maximelor și minimelor va fi încălcată: la un moment dat amplitudinea va fi maximă, în următorul - mai puțin, apoi maxim și minim se vor întâlni și rezultatul va ajunge la zero. Cu toate acestea, oricât de puternice sunt diferențele dintre cele două valuri, amplitudinea se va repeta, mai devreme sau mai târziu. În matematică este obișnuit să vorbim despre infinit, dar în realitate forțele de frecare și inerție pot opri însăși existența valului rezultat înainte ca tiparul de vârfuri, văi și câmpii să se repete.

Interferența undelor care se întâlnesc la un unghi

Dar, pe lângă propriile caracteristici, undele reale pot avea poziții diferite în spațiu. De exemplu, atunci când luăm în considerare ce este interferența sunetului, acest lucru trebuie luat în considerare. Imaginează-ți: un băiat merge și fluieră. Trimite o undă sonoră înaintea sa. Și un alt băiat trece pe lângă el cu o bicicletă și sună la sonerie, astfel încât pietonul să se dea deoparte. Acolo unde aceste două unde sonore se întâlnesc, ele se intersectează la un anumit unghi. Cum se calculează amplitudinea și forma vibrației finale a aerului, care va zbura, de exemplu, către cel mai apropiat vânzător de semințe de floarea-soarelui, bunica Masha? Aici intră în vigoare componenta vectorială a undei sonore. Și în acest caz este necesar să se adună sau să scadă nu numai valorile amplitudinii, ci și vectorii de propagare a acestor oscilații. Sperăm că bunica Masha nu va striga prea mult la băieții gălăgioși.

Interferența luminii cu polarizare diferită

De asemenea, se întâmplă ca fotoni de diferite polarizări să se întâlnească la un moment dat. În acest caz, trebuie luată în considerare și componenta vectorială a oscilațiilor electromagnetice. Dacă nu sunt reciproc perpendiculare sau unul dintre fasciculele de lumină are o polarizare circulară sau eliptică, atunci interacțiunea este foarte posibilă. Mai multe metode pentru determinarea purității optice a cristalelor se bazează pe acest principiu: nu ar trebui să existe nicio interacțiune în fasciculele polarizate perpendicular. Dacă imaginea este distorsionată, atunci cristalul nu este ideal; schimbă polarizarea fasciculelor, ceea ce înseamnă că a fost crescut incorect.

Interferență și difracție

Interacțiunea a două fascicule de lumină duce la interferența lor, ca urmare observatorul vede o serie de dungi sau inele luminoase (maxima) și întunecate (minimum). Dar interacțiunea dintre lumină și materie este însoțită de un alt fenomen - difracția. Se bazează pe faptul că lumina de diferite lungimi de undă este refractată diferit de mediu. De exemplu, dacă lungimea de undă este de 300 de nanometri, atunci unghiul de deviere este de 10 grade, iar dacă este de 500 de nanometri, este deja de 12. Astfel, atunci când lumina de la o rază de soare cade pe o prismă de cuarț, roșul este refractat diferit decât violet (lungimile lor de undă sunt diferite), iar observatorul vede un curcubeu. Acesta este răspunsul la întrebarea ce sunt interferența și difracția luminii și cum diferă. Dacă direcționați radiația monocromatică de la un laser pe aceeași prismă, nu va exista curcubeu, deoarece nu există fotoni de lungimi de undă diferite. Fasciculul se va abate pur și simplu de la direcția inițială de propagare printr-un anumit unghi și asta este tot.

Aplicarea în practică a fenomenului de interferență

Există multe oportunități de a obține beneficii practice din acest fenomen pur teoretic. Doar cele principale vor fi enumerate aici:

1. Cercetarea calității cristalului. Am vorbit despre asta puțin mai sus.
2. Identificarea erorilor de lentile. Adesea trebuie să fie măcinate într-o formă sferică perfectă. Prezența oricăror defecte este detectată exact folosind fenomenul de interferență.
3. Determinarea grosimii peliculei. În unele tipuri de producție, grosimea constantă a peliculei, de exemplu plasticul, este foarte importantă. Este fenomenul de interferență împreună cu difracția care face posibilă determinarea calității acestuia.
4. Optica iluminatoare. Ochelarii, lentilele camerei și microscoapele sunt acoperite cu o peliculă subțire. Astfel, undele electromagnetice de o anumită lungime pur și simplu se reflectă și se suprapun, reducând interferența. Cel mai adesea, curățarea se face în partea verde a spectrului optic, deoarece ochiul uman o percepe cel mai bine în această zonă.
5. Explorarea spațiului. Cunoscând legile interferenței, astronomii sunt capabili să separe spectrele a două stele aflate în apropiere și să determine compoziția lor și distanța față de Pământ.
6. Cercetare teoretică. Pe vremuri, cu ajutorul fenomenului de interferență a fost posibil să se dovedească natura ondulatorie a particulelor elementare precum electronii și protonii. Aceasta a confirmat ipoteza dualității undă-particulă a microlumii și a marcat începutul erei cuantice.

Sperăm că, cu acest articol, cunoștințele dumneavoastră despre suprapunerea undelor coerente (emise de surse care au o diferență de fază constantă și aceeași frecvență) s-au extins semnificativ. Acest fenomen se numește interferență.

Interferență- adăugarea în spațiu a două (sau mai multe) unde, în care în puncte diferite amplitudinea undei rezultate este întărită sau slăbită. Fenomenul este tipic pentru undele de orice natură: unde sonore, unde la suprafața apei, unde electromagnetice etc.

Un model de interferență stabil este dat doar de unde coerente, adică unde care au aceleași frecvențe și o diferență de timp constantă în fazele oscilațiilor.

Fie ca două unde de aceeași frecvență să ajungă în punctul A, care au parcurs anterior distanțe diferite l 1Și l 2 din sursele lor.

Amplitudinea oscilației rezultate depinde de o mărime numită diferență de cursă valuri

Dacă diferența de cale este egală cu un număr întreg de unde, atunci undele ajung în punctul în fază. Când sunt adăugate, undele se întăresc reciproc și produc o oscilație cu amplitudine dublă.

Dacă diferența de cale este egală cu un număr impar de semi-unde, atunci undele ajung în punctul A în antifază. În acest caz, se anulează reciproc, amplitudinea oscilației rezultate este zero.

În alte puncte din spațiu, se observă o întărire sau o slăbire parțială a undei rezultate.

Experiența lui Jung

În 1802, un om de știință englez Thomas Young a efectuat un experiment în care a observat interferența luminii. Lumină dintr-un gol îngust S, a căzut pe un paravan cu două fante apropiate S 1Și S 2. Trecând prin fiecare dintre fante, fasciculul de lumină s-a extins, iar pe ecranul alb fasciculele de lumină trec prin fante S 1Și S 2, suprapus. În regiunea în care fasciculele de lumină s-au suprapus, s-a observat un model de interferență sub formă de dungi alternante luminoase și întunecate.

Calea fasciculului în folie de săpun

Figura prezintă o secțiune transversală a unei pelicule de săpun cu o grosime foarte mare. Lasă o undă luminoasă să lovească punctul A al filmului. O parte din lumină este reflectată de această suprafață, iar o parte este refractă, trece în peliculă și este reflectată de suprafața sa în punctul B. Aceste două fascicule de lumină reflectate au aceeași frecvență deoarece provin de la aceeași sursă. Când sunt adăugate împreună, ele formează un model de interferență.

Întâlnim destul de des fenomene de interferență: culorile petelor de ulei, modele pe aripile unor fluturi și gândaci etc.