Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Vlnová interference je fenomén superpozice (superpozice) vln z různých zdrojů. Jinými slovy, interference je jev sčítání dvou (nebo několika) vln v prostoru, ve kterém se vytváří časově konstantní rozložení amplitudy výsledných oscilací v různých bodech prostoru, se nazývá interference. Název "interference" pochází z latinského jazyka (Inter - mezi, ferens - přidání z ferentis - nošení, nošení).

Vlnová interference: stručné a jednoduché vysvětlení jevu

Pokud přijedou hasit dvě hasičská auta a začnou polévat hořící budovu vodou ve dvou proudech, můžeme si být jisti, že na ni nalijí více vody, než kdyby to dělala jedna brigáda. Zdá se tedy téměř zřejmé, že pokud stejné hasičské vozy zapnou dvě stejné sirény, pak pozorovatel v jejich blízkosti uslyší hlasitější zvuk, než kdyby sirénu zapnul pouze jeden z nich. To je obvykle pravda, ale může se stát i opak. Zvukové toky ze dvou reproduktorů se nemusí vůbec zesilovat, ale naopak přehlušovat. Myslíte si, že je to nemožné? Na tuto otázku odpovíme spuštěním následujícího experimentu a následnou analýzou výsledků.

Experiment.

Pro tento experiment budete potřebovat notebook na stole, ke kterému jsou připojeny dva počítačové reproduktory. Chcete-li je přeměnit na zdroje harmonických vln, zadejte do vyhledávače svého prohlížeče „akustický generátor online“ a pomocí nalezeného programu vytvořte sinusovou vlnu 1500 Hz.Případně vyhledejte „1500 Hz audio“ a přehrajte jedno z nalezených videí. Jedna prosba: v zájmu uší vašich sousedů nepouštějte tyto zvuky příliš nahlas, není to nutné.

Pokus provedou dva účastníci: jeden bude pohybovat jedním z reproduktorů, druhým bude detektor zvuku (přijímač), tzn. pouze poslouchejte (obrázek 1) jedním uchem (blokování druhého). Pozorovatel by měl být ve vzdálenosti asi 3 m od prvního mluvčího. Pokud výsledek experimentu nahrajete chytrým telefonem a přehrajete, bude ještě jasnější.

Rýže. 1. Experimentujte se 2 sloupci (reproduktory)
    Nejprve umístíme reproduktory vedle sebe.
  1. Nyní první účastník začne pomalu posouvat druhý sloupec směrem k pozorovateli. Posunutím o několik centimetrů pozorovatel slyší, že zvuk je stále tišší, ačkoli oba reproduktory fungují beze změny.Nakonec je dosaženo minimální intenzity zvuku.
  2. Když reproduktor posunete dále, hlasitost zvuku se začne znovu zvyšovat, pak se znovu snižuje a tak dále.

Výsledky našich pozorování se mohou zdát překvapivé. Pokud odpovídajícím způsobem posuneme druhý reproduktor, pozorovatel uslyší zvuk vycházející ze dvou reproduktorů tišší, než kdyby vycházel pouze z jednoho reproduktoru. Můžete to říct jako vtip: „zvuk + zvuk=ticho“! Jak je to možné?

Abychom pochopili výsledek našeho experimentu, musíme zvážit fenomén interference neboli superpozice (superpozice) harmonických vln. V následujícím budeme uvažovat vlny, které se šíří pouze jedním směrem (od reproduktorů k pozorovateli) a zanedbáme skutečnost, že amplituda zvukových vln ve skutečnosti klesá se vzdáleností od reproduktoru.

Vysvětlení pozorování: princip superpozice říká, že výsledné posunutí prvku prostředí, ve kterém se šíří dvě vlny, se rovná součtu posunutí, které by způsobila pouze první vlna, a posunutí, které jen druhá vlna by způsobila.

Vlny přicházející k pozorovateli ze dvou sloupců budeme reprezentovat jako sinusové vlny stejné délky λ. U zvukové vlny hodnota sinusoidy v daném bodě odpovídá okamžitému tlaku ve zvukové vlně, který je střídavě vyšší a nižší. Na obrázku (obrázek 2.):

  • Horní červený graf představuje první vlnu.
  • Prostřední zelený graf představuje druhou vlnu.
  • Spodní černý graf je superpozicí dvou předchozích vln.

Vzdálenost zdroje prvního vlnění od pozorovatele jsme označili symbolem r1(na obr. 1 to byla vzdálenost L). Vzdálenost od pozorovatele ke zdroji druhé vlny jsme označili jako r2.

Rýže. 2. Vlny přicházející k pozorovateli ze dvou sloupů umístěných ve stejné vzdálenosti od pozorovateleRýže. 3. Vlny přicházející k pozorovateli ze dvou sloupců umístěných v různých vzdálenostech od pozorovatele
  1. Na (obr. 2.) jsou oba zdroje vln ve stejné vzdálenosti od pozorovatele, r1=r2 Vlny jsou stále silnější. Amplituda výsledné vlny je dvojnásobkem amplitud dvou složkových vln. Pozorovatel slyší silný zvuk.
  2. Na (obr. 3.) se zdroj 2 posunul o 1/2 vlnové délky doprava, r1- r2=λ1/2. Nyní se maxima druhé vlny shodují s minimy první vlny. Vlny slábnou. Amplituda výsledné vlny je nulová. Pozorovatel zvuk neslyší. To je případ, kdy "zvuk + zvuk=ticho" .
  3. Pokud přesuneme druhý zdroj o celou vlnovou délku doprava, tak r1- r2=λ maxima dvě vlny se budou opět vzájemně překrývat a výsledkem je, že zvuk opět zesílí.
  4. Pokud by vzdálenost mezi sloupci byla jeden a půl vlnové délky, takže r1- r2=1,5λ, pak vlny by zase zmizely. A tak dále.

Obecně lze říci, že k maximálnímu zesílení vln ze dvou zdrojů dochází, když je rozdíl ve vzdálenosti od pozorovatele roven celočíselnému násobku vlnové délky, tzn. r1- r2=nλ , kde n=0, 1, 2, 3, .

Vlny ze dvou zdrojů zhasnou, když je rozdíl ve vzdálenosti od pozorovatele roven lichému násobku poloviny vlnové délky, tzn. :

r1- r2=( n + 1/2)λ=(2n + 1)λ /2 , kde n=0, 1, 2, 3, .

Interference popisuje superpozici dvou nebo více vln, které se navzájem pronikají. Vlna má amplitudu, tzn. odchylka, s kladným nebo záporným znaménkem. Pokud jsou dvě takové vlny superponovány na sebe, jejich amplitudy se sečtou s odpovídajícím znaménkem podle principu superpozice. To znamená, že se navzájem posilují, oslabují nebo úplně ruší. Tento efekt se vyskytuje u všech typů vln, tj. elektromagnetických, zvukových a hmotných vln (de Broglieho vlny).

Důležité! V místech, kde se vlny vzájemně posilují, dochází k tzv. konstruktivní interferenci. V místech, kde se vlny vzájemně oslabují, naopak dochází k destruktivní interferenci.

Rušení lze rozpoznat změnou amplitud jednotlivých vln. Tam, kde dříve měla vlnová pole stejnoměrnou intenzitu, lze pozorovat interferenci se střídajícími se maximy a minimy. Toto se nazývá interferenční obrazec. Interferenční obrazce slouží jako důkaz vlnové povahy studovaného záření.

Vlastnosti

Interferenci můžete klasifikovat na základě jejích vlastností a použít ji pro různé experimenty.

Soudržnost

Důležitou vlastností pro popis interference je koherence. Aby se v důsledku interference vln vytvořilo stabilní vlnové pole, musí být vzájemně koherentní. To znamená, že vlny mají mezi sebou pevný fázový vztah.Fáze je stupeň, o který jsou vlny vůči sobě posunuty. Z toho lze určit koherenční čas, který je důležitým ukazatelem pro fyzické zdroje světla.

Jsou volány koherentní zdroje, jejichž kmitání je stejné a fázový rozdíl se nemění. Vlny vytvořené takovými zdroji se nazývají koherentní.

Rýže. 1. Soudržnost

Polarizace

Další charakteristickou vlastností je polarizace. Polarizace popisuje směr, kterým vlna kmitá. Pokud k této změně směru dojde rychle a náhodně, pak je vlna nepolarizovaná. Pokud jsou vlny polarizovány kolmo na sebe, vzájemně se neruší.

Rýže. 2. Polarizace vln

Konstruktivní interference

Konstruktivní interference nastává vždy, když dráhový rozdíl dvou vln odpovídá celočíselnému násobku vlnové délky.Za této podmínky se hřeben vlny vždy setká s hřebenem vlny a koryto vlny s prohlubní vlny. Pokud jsou amplitudy stejné, výsledkem konstruktivní interference je amplituda, která je dvakrát větší.

Matematicky to lze vyjádřit následovně:

Hřeben vlny se setkává s hřebenem vlny při rozdílu dráhy Δs=0, 1λ, 2λ, . Získáte vzorec Δs=kλ, kde

Kde k=0, ±1, ±2 atd. S k=0 máte maximum 0. řádu a s k=1 máte maximum 1. řádu.

Rýže. 3. Konstruktivní interference

destruktivní interference

K destruktivní interferenci vždy dochází při vlnové délce, která je násobkem poloviny vlnové délky. Za těchto podmínek se žlaby vln vždy setkávají s hřebeny vln a naopak. V důsledku toho je amplituda výsledné vlny menší než amplituda původní vlny. Pokud jsou amplitudy stejné, vlny se navzájem ruší.

Matematicky to lze vyjádřit následovně:

Hřeben vlny se setkává s hřebenem vlny při rozdílu drah Δs=0,5λ, 1,5λ, 2,5λ, , . Získáte vzorec Δs=( k +0,5)λ , kde

k=0, ±1, ±2 atd. S k=1 máte minimální objednávku 1.

Rýže. 4. Destruktivní interference

Příklad výpočtu interference vln

Pro lepší pochopení zde uvádíme zjednodušenou verzi výpočtu. Předpokládejme, že jsou emitovány dvě vlny (S1a S2). Oba signály mají stejnou amplitudu, frekvenci a polarizaci. Přijímač je daleko E.

Rýže. 5. Výpočet vlnové interference

Obrázek ukazuje, že dráhový rozdíl Δs je ovlivněn mimo jiné úhlem α‎. Trigonometricky lze určit následující vztah: sin (α)=Δs / b=↔ Δs=bsin (α)

Pro úhel α dostanete opálení (α)=x / d

Pro velmi malé α použijte malou aproximaci úhlu. To znamená, že tan( α ) ≈ sin( α ). Pokud to zapojíte do svého vzorce pro rozdíl dráhy Δs, dostanete: Δs=btan (α)=b( x / d ).

Seznam použitých zdrojů

    Fyzika. 11. třída Hluboká úroveň. Vibrace a vlny. Učebnice - Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z
  1. B. Zhilko, G. Markovich, Fyzika, Učebnice pro 11. ročník vzdělávacích institucí s ruským vyučovacím jazykem s 2letým studijním obdobím (základní a vyšší stupeň), Bělorusko
  2. N. S. Purysheva, N. E. Vazheevskaya, D. A. Isaev, V. M. Charugin, fyzika Stupeň 11

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Budova