Tematy kodyfikatora USE: interferencja światła.

W poprzedniej ulotce poświęconej zasadzie Huygensa powiedzieliśmy, że ogólny obraz procesu falowego tworzy superpozycja fal wtórnych. Ale co to znaczy - "nakładka"? Jakie jest konkretne fizyczne znaczenie superpozycji fal? Co na ogół dzieje się, gdy kilka fal jednocześnie rozchodzi się w przestrzeni? Tym właśnie pytaniom poświęcona jest niniejsza ulotka.

Dodanie wibracji.

Teraz rozważymy oddziaływanie dwóch fal. Natura procesów falowych nie odgrywa żadnej roli - mogą to być fale mechaniczne w ośrodku elastycznym lub fale elektromagnetyczne (w szczególności światło) w ośrodku przezroczystym lub w próżni.

Doświadczenie pokazuje, że fale dodają się do siebie w następującym sensie.

Zasada superpozycji. Jeśli dwie fale nakładają się na siebie w pewnym obszarze przestrzeni, powodują one powstanie nowego procesu falowego. W tym przypadku wartość wielkości oscylacyjnej w dowolnym punkcie tego obszaru jest równa sumie odpowiednich wielkości oscylacyjnych w każdej z fal oddzielnie.

Na przykład, gdy nakładają się na siebie dwie fale mechaniczne, przemieszczenie cząstki ośrodka sprężystego jest równe sumie przemieszczeń wytworzonych oddzielnie przez każdą falę. Kiedy nakładają się na siebie dwie fale elektromagnetyczne, siła pola elektrycznego w danym punkcie jest równa sumie sił w każdej fali (i taka sama dla indukcji pola magnetycznego).

Oczywiście zasada superpozycji obowiązuje nie tylko dla dwóch, ale ogólnie dla dowolnej liczby nałożonych fal. Wynikowe oscylacje w danym punkcie są zawsze równe sumie oscylacji generowanych przez każdą falę z osobna.

Ograniczamy się do rozważenia superpozycji dwóch fal o tej samej amplitudzie i częstotliwości. Ten przypadek jest najczęściej spotykany w fizyce, aw szczególności w optyce.

Okazuje się, że na amplitudę oscylacji wynikowych silnie wpływa różnica faz oscylacji fałdowanych. W zależności od różnicy faz w danym punkcie przestrzeni, dwie fale mogą się nawzajem wzmacniać lub całkowicie znosić!

Załóżmy na przykład, że w pewnym momencie fazy oscylacji w nałożonych falach pokrywają się (rys. 1).

Widzimy, że maksima fali czerwonej padają dokładnie na maksima fali niebieskiej, minima fali czerwonej na minima fali niebieskiej (lewa strona rys. 1). Sumując się w fazie, fale czerwona i niebieska wzmacniają się nawzajem, generując oscylacje o podwójnej amplitudzie (po prawej na rys. 1).

Teraz przesuńmy niebieską sinusoidę względem czerwonej o pół długości fali. Wtedy maksima fali niebieskiej zbiegną się z minimami fali czerwonej i odwrotnie - minima fali niebieskiej zbiegną się z maksimami fali czerwonej (ryc. 2, po lewej).

Wibracje wytworzone przez te fale pojawią się, jak mówią, w poza fazą- różnica faz oscylacji będzie równa . Wynikowa fluktuacja będzie równa zeru, tj. fale czerwona i niebieska po prostu zniszczą się nawzajem (ryc. 2, po prawej).

spójne źródła.

Niech będą dwa źródła punktowe, które tworzą fale w otaczającej przestrzeni. Wierzymy, że źródła te są ze sobą spójne w następującym sensie.

konsekwencja. Mówi się, że dwa źródła są spójne, jeśli mają tę samą częstotliwość i stałą, niezależną od czasu różnicę faz. Fale generowane przez takie źródła nazywane są również spójnymi.

Rozważamy więc dwa spójne źródła i . Dla uproszczenia zakładamy, że źródła emitują fale o tej samej amplitudzie, a różnica faz między źródłami wynosi zero. Ogólnie rzecz biorąc, źródła te są „dokładnymi kopiami” siebie nawzajem (w optyce na przykład źródło służy jako obraz źródła w jakimś systemie optycznym).

W pewnym momencie obserwuje się superpozycję fal emitowanych przez te źródła. Ogólnie rzecz biorąc, amplitudy tych fal w jednym punkcie nie będą sobie równe – w końcu, jak pamiętamy, amplituda fali kulistej jest odwrotnie proporcjonalna do odległości od źródła, a przy różnych odległościach amplitudy fali nadchodzące fale okażą się inne. Ale w wielu przypadkach punkt znajduje się wystarczająco daleko od źródeł - na odległość znacznie większa niż odległość między samymi źródłami. W takiej sytuacji różnica odległości i nie prowadzi do znaczącej różnicy w amplitudach nadchodzących fal. Dlatego możemy założyć, że amplitudy fal w tym punkcie również się pokrywają.

Warunek maksymalny i minimalny.

Jednak ilość zwana różnica skoku, ma ogromne znaczenie. Decydująco zależy od tego, jaki wynik dodawania nadchodzących fal zobaczymy w danym momencie.

W sytuacji na ryc. 3 różnica ścieżek jest równa długości fali. Rzeczywiście, trzy pełne fale pasują do segmentu, a cztery do segmentu (to oczywiście jest tylko ilustracja; na przykład w optyce długość takich segmentów wynosi około miliona długości fal). Łatwo zauważyć, że fale w punkcie sumują się w fazie i tworzą oscylacje o podwójnej amplitudzie - obserwuje się, jak mówią, maksymalna interferencja.

Jasne jest, że podobna sytuacja wystąpi dla różnicy ścieżki równej nie tylko długości fali, ale także dowolnej całkowitej liczbie długości fal.

Maksymalny warunek . Gdy fale koherentne nakładają się na siebie, oscylacje w danym punkcie będą miały maksymalną amplitudę, jeśli różnica ścieżek jest równa całkowitej liczbie długości fal:

(1)

Spójrzmy teraz na ryc. cztery . Na segmencie mieszczą się dwie i pół fale, a na segmencie trzy fale. Różnica ścieżek wynosi połowę długości fali (d=\lambda /2 ).

Teraz łatwo zauważyć, że fale w tym punkcie sumują się w przeciwfazie i znoszą się nawzajem – jest to obserwowane minimalna interferencja. To samo stanie się, jeśli różnica ścieżek okaże się równa połowie długości fali plus dowolna całkowita liczba długości fal.

Warunek minimalny .
Fale koherentne, sumując się, znoszą się nawzajem, jeśli różnica ścieżek jest równa połowie całkowitej liczby długości fal:

(2)

Równość (2) można przepisać w następujący sposób:

Dlatego warunek minimalny jest również sformułowany w następujący sposób: różnica ścieżek musi być równa nieparzystej liczbie połówkowych długości fali.

wzór interferencji.

Ale co, jeśli różnica ścieżek przyjmie inną wartość, nie równą całkowitej lub połówkowej liczbie długości fal? Następnie docierające do tego miejsca fale wytwarzają w nim oscylacje o pewnej pośredniej amplitudzie mieszczącej się między zerem a podwojoną wartością 2A amplitudy jednej fali. Ta pośrednia amplituda może przyjmować wszystkie wartości od 0 do 2A, gdy różnica ścieżek zmienia się z połowy liczby całkowitej na całkowitą liczbę długości fal.

Tak więc w obszarze przestrzeni, w którym fale koherentnych źródeł i nakładają się na siebie, obserwuje się stabilny wzór interferencji - stały, niezależny od czasu rozkład amplitud oscylacji. Mianowicie, w każdym punkcie danego obszaru amplituda oscylacji przyjmuje swoją wartość, wyznaczoną przez różnicę toru fal docierających tu, i ta wartość amplitudy nie zmienia się w czasie.

Taką stacjonarność obrazu interferencyjnego zapewnia spójność źródeł. Jeżeli, na przykład, różnica faz źródeł stale się zmienia, to nie powstanie stabilny wzorzec interferencji.

Teraz wreszcie możemy powiedzieć, czym jest interferencja.

Ingerencja - jest to oddziaływanie fal, w wyniku którego powstaje stabilny wzór interferencji, czyli niezależny od czasu rozkład amplitud powstałych oscylacji w punktach obszaru, w którym fale nakładają się na siebie.

Jeśli fale, zachodzące na siebie, tworzą stabilny wzór interferencji, to po prostu mówią, że fale interferują. Jak dowiedzieliśmy się powyżej, interferować mogą tylko fale spójne. Kiedy, na przykład, rozmawiają dwie osoby, nie zauważamy wokół nich naprzemiennych tonów wysokich i niskich głośności; nie ma ingerencji, ponieważ w tym przypadku źródła są niespójne.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że zjawisko interferencji jest sprzeczne z prawem zachowania energii – np. dokąd idzie energia, gdy fale całkowicie się znoszą? Ale oczywiście nie ma naruszenia prawa zachowania energii: energia jest po prostu redystrybuowana między różne części wzoru interferencji. Największa ilość energii jest skoncentrowana w maksimach interferencji i żadna energia nie wchodzi w ogóle do punktów minimów interferencji.

Na ryc. 5 przedstawia wzór interferencji utworzony przez nałożenie fal dwóch źródeł punktowych i . Obraz budowany jest przy założeniu, że obszar obserwacji zakłóceń jest dostatecznie oddalony od źródeł. Linia przerywana oznacza oś symetrii wzoru interferencji.

Kolory kropek wzoru interferencyjnego na tej figurze zmieniają się od czerni do bieli poprzez pośrednie odcienie szarości. Barwa czarna – minima interferencyjne, barwa biała – maksima interferencyjne; kolor szary jest wartością pośrednią amplitudy, a im większa amplituda w danym punkcie, tym jaśniejszy sam punkt.

Zwróć uwagę na prosty biały pasek biegnący wzdłuż osi symetrii obrazu. Oto tak zwane centralne wzloty. Rzeczywiście, każdy punkt tej osi jest w równej odległości od źródeł (różnica ścieżki wynosi zero), tak że w tym punkcie będzie obserwowane maksimum interferencji.

Pozostałe białe paski i wszystkie czarne paski są lekko zakrzywione; można wykazać, że są to gałęzie hiperboli. Jednak w rejonie położonym w dużej odległości od źródeł krzywizna pasów biało-czarnych jest prawie niezauważalna, a pasy te wyglądają prawie prosto.

Doświadczenie interferencji pokazane na ryc. 5, wraz z odpowiednią metodą obliczania wzoru interferencji nazywa się Schemat Younga. Ten schemat leży u podstaw słynnego
Doświadczenie Younga (o czym będzie mowa w temacie Dyfrakcja światła). Wiele eksperymentów dotyczących interferencji światła w taki czy inny sposób sprowadza się do schematu Younga.

W optyce obraz interferencyjny jest zwykle obserwowany na ekranie. Rzućmy okiem na ryc. 5 i wyobraź sobie ekran umieszczony prostopadle do osi kropkowanej.
Na tym ekranie zobaczymy naprzemienne światło i ciemność prążki interferencyjne.

Na ryc. 6 sinusoida pokazuje rozkład oświetlenia wzdłuż ekranu. W punkcie O, znajdującym się na osi symetrii, znajduje się centralne maksimum. Pierwsze maksimum u góry ekranu, sąsiadujące ze środkowym, znajduje się w punkcie A. Powyżej znajdują się drugie, trzecie (i tak dalej) maksimum.

Ryż. 6. Wzór zakłóceń na ekranie

Odległość równa odległości między dowolnymi dwoma sąsiednimi szczytami lub dołkami nazywa się szerokość frędzli. Teraz znajdziemy tę wartość.

Niech źródła znajdują się w pewnej odległości od siebie, a ekran znajduje się w pewnej odległości od źródeł (rys. 7). Ekran zastąpiony osią ; pochodzenie, jak wyżej, odpowiada centralnemu maksimum.

Punkty i służą jako rzuty punktów na oś i są usytuowane symetrycznie względem punktu. Mamy: .

Punkt obserwacji może znajdować się w dowolnym miejscu na osi (na ekranie). współrzędna punktu
oznaczamy . Interesuje nas, jakie wartości w punkcie będą obserwowane maksimum interferencji.

Fala emitowana przez źródło pokonuje odległość:

. (3)

Teraz pamiętaj, że odległość między źródłami jest znacznie mniejsza niż odległość od źródeł do ekranu: . Ponadto w takich eksperymentach interferencyjnych współrzędna punktu obserwacji jest również znacznie mniejsza. Oznacza to, że drugi wyraz pod pierwiastkiem w wyrażeniu (3) jest znacznie mniejszy niż jeden:

Jeśli tak, możesz użyć przybliżonego wzoru:

(4)

Stosując to do wyrażenia (4) , otrzymujemy:

(5)

W ten sam sposób obliczamy odległość, jaką fala pokonuje od źródła do punktu obserwacji:

. (6)

Stosując przybliżoną formułę (4) do wyrażenia (6) otrzymujemy:

. (7)

Odejmując wyrażenia (7) i (5) , znajdujemy różnicę ścieżki:

. (8)

Niech będzie długość fali emitowana przez źródła. Zgodnie z warunkiem (1), maksimum interferencji będzie obserwowane w punkcie, jeśli różnica ścieżek jest równa całkowitej liczbie długości fal:

Stąd otrzymujemy współrzędne maksimów w górnej części ekranu (w dolnej części maksima są symetryczne):

W , otrzymujemy oczywiście (centralne maksimum). Pierwsze maksimum w pobliżu środka odpowiada wartości i ma współrzędną .Szerokość prążka kolizyjnego będzie taka sama.

Rozważmy teraz sytuację, w której istnieje nie jedno, ale kilka źródeł fal (oscylatorów). Fale emitowane przez nie w określonym obszarze przestrzeni będą miały efekt kumulacyjny. Zanim rozpoczniemy analizę tego, co może się w rezultacie wydarzyć, zastanówmy się najpierw nad bardzo ważną zasadą fizyczną, którą będziemy wielokrotnie wykorzystywać w naszym kursie - zasada superpozycji. Jego istota jest prosta.

Załóżmy, że istnieje nie jedno, ale kilka źródeł zaburzeń (mogą to być oscylatory mechaniczne, ładunki elektryczne itp.). Co zauważy urządzenie, które jednocześnie rejestruje zakłócenia medium ze wszystkich źródeł? Jeśli elementy złożonego procesu oddziaływania nie wpływają na siebie wzajemnie, to wynikowy efekt będzie sumą efektów wywołanych każdym uderzeniem z osobna, niezależnie od obecności pozostałych - to jest zasada superpozycji, tj. nakładki. Zasada ta jest taka sama dla wielu zjawisk, ale jej zapis matematyczny może być różny w zależności od charakteru rozpatrywanych zjawisk - wektorowy lub skalarny.

Zasada superpozycji fal nie jest spełniona we wszystkich przypadkach, a jedynie w tzw. ośrodkach liniowych. Można na przykład wziąć pod uwagę medium liniowy, jeśli na jego cząstki działa sprężysta (quasi-sprężysta) siła przywracająca. Środowiska, w których zasada superpozycji nie obowiązuje, nazywa się nieliniowy. Tak więc, gdy rozchodzą się fale o dużym natężeniu, ośrodek liniowy może stać się nieliniowy. Powstają zjawiska niezwykle interesujące i ważne technicznie. Obserwuje się to podczas propagacji ultradźwięków o dużej mocy (w akustyce) lub wiązek laserowych w kryształach (w optyce) w ośrodku. Dziedziny naukowe i techniczne zaangażowane w badanie tych zjawisk nazywane są odpowiednio akustyką nieliniową i optyką nieliniową.

Rozważymy tylko efekty liniowe. W odniesieniu do fal zasada superpozycji mówi, że każda z nich?, (x, t) rozchodzi się niezależnie od tego, czy w danym ośrodku występują źródła innych fal, czy też nie. Matematycznie, w przypadku propagacji N fale wzdłuż osi X, wyraża się to w ten sposób

gdzie c(x, 1)- fala całkowita (wynikowa).

Rozważ superpozycję dwóch fal monochromatycznych o tej samej częstotliwości w i polaryzacji rozchodzącej się w tym samym kierunku (oś X) z dwóch źródeł

Efekt ich dodania będziemy obserwować w pewnym momencie M, tych. ustal współrzędne x = x m w równaniach opisujących obie fale:

Jednocześnie wyeliminowaliśmy podwójną okresowość procesu i zamieniliśmy fale w oscylacje występujące w jednym punkcie. M z jednym okresem T= 2l/co i różnicowanie w początkowych fazach Ф, = do g x m i f 2 = krs m, tych.

oraz

Teraz, aby znaleźć wynikowy proces t(t) w punkcie M musimy dodać 2,! oraz q2: W)= ^i(0 + с 2 (0- Możemy wykorzystać wyniki uzyskane wcześniej w podrozdziale 2.3.1. Korzystając ze wzoru (2.21), otrzymujemy amplitudę całkowitej oscylacji ALE, wyrażone przez ALE, f! oraz 2 , fg jak

Oznaczający Jestem(amplituda całkowitej oscylacji w punkcie M) zależy od różnicy faz oscylacji Af = f 2 - f). To, co dzieje się w przypadku różnych wartości Φ, szczegółowo omówiono w podrozdziale 2.3.1. W szczególności, jeśli ta różnica Af pozostaje przez cały czas stała, to w zależności od jej wartości może się okazać, że w przypadku równości amplitud ALE = 2 \u003d A wynikowa amplituda Jestem będzie zero lub 2 ALE.

Aby zaobserwować zjawisko wzrostu lub spadku amplitudy podczas nakładania się fal (interferencja), konieczne jest, jak już wspomniano, różnica faz Df \u003d f 2 - f! pozostał stały. Ten wymóg oznacza, że ​​wahania muszą być: zgodny.Źródła wahań nazywane są zgodny", jeśli różnica faz wzbudzanych przez nie oscylacji nie zmienia się w czasie. Fale generowane przez takie źródła są również zgodny. Ponadto konieczne jest, aby połączone fale były jednakowo spolaryzowane, tj. aby przemieszczenia w nich cząstek zachodziły np. w jednej płaszczyźnie.

Widać, że realizacja interferencji falowej wymaga spełnienia kilku warunków. W optyce falowej oznacza to stworzenie spójnych źródeł i wdrożenie metody łączenia wzbudzanych przez nie fal.

1 Rozróżnij spójność (od łac. cohaerens- „w związku”) czasową, związaną z monochromatycznością fal, o której mowa w tym rozdziale, oraz koherencją przestrzenną, której naruszenie jest typowe dla rozszerzonych źródeł promieniowania (w szczególności ciał nagrzanych). Nie bierzemy pod uwagę cech spójności przestrzennej (i niespójności).

Równanie fali stojącej.

W wyniku superpozycji dwóch przeciwległych fal płaskich o tej samej amplitudzie powstaje proces oscylacyjny stojąca fala . Praktycznie stojące fale powstają po odbiciu od przeszkód. Napiszmy równania dwóch fal płaskich rozchodzących się w przeciwnych kierunkach (faza początkowa):

Dodajmy równania i przekształćmy według wzoru na sumę cosinusów: . Dlatego , wtedy możemy napisać: . Biorąc to pod uwagę, otrzymujemy równanie fali stojącej : . Wyrażenie na fazę nie zawiera współrzędnej, więc można napisać: , gdzie całkowita amplituda .

Zakłócenia fal- takie nałożenie fal, w którym ich wzajemne wzmocnienie, stabilne w czasie, następuje w pewnych punktach przestrzeni, a tłumienie w innych, w zależności od stosunku faz tych fal. Niezbędne warunki obserwować zakłócenia:

1) fale muszą mieć te same (lub bliskie) częstotliwości, aby obraz powstały w wyniku superpozycji fal nie zmieniał się w czasie (lub nie zmieniał się bardzo szybko, aby można go było zarejestrować w czasie);

2) fale muszą być jednokierunkowe (lub mieć bliski kierunek); dwie prostopadłe fale nigdy nie będą przeszkadzać. Innymi słowy, dodane fale muszą mieć te same wektory fal. Fale, dla których spełnione są te dwa warunki, nazywamy zgodny. Pierwszy warunek jest czasami nazywany spójność czasowa, druga - spójność przestrzenna. Rozważmy jako przykład wynik dodania dwóch identycznych jednokierunkowych sinusoid. Zróżnicujemy tylko ich względne przesunięcie. Jeżeli sinusoidy są tak usytuowane, że ich maksima (i minima) pokrywają się w przestrzeni, nastąpi ich wzajemne wzmocnienie. Jeśli sinusoidy są przesunięte względem siebie o pół okresu, maksima jednej spadną na minima drugiej; sinusoidy zniszczą się nawzajem, to znaczy nastąpi ich wzajemne osłabienie. Dodajemy dwie fale:

tutaj x 1 oraz x 2- odległości od źródeł fal do punktu w przestrzeni, w którym obserwujemy wynik nałożenia. Kwadrat amplitudy fali wynikowej wyraża się wzorem:

Maksimum tego wyrażenia to 4A2, minimalna - 0; wszystko zależy od różnicy w początkowych fazach i od tak zwanej różnicy drogi fali D:

W danym punkcie przestrzeni będzie obserwowane maksimum interferencji, przy - minimum interferencji Jeśli odsuniemy punkt obserwacji od prostej łączącej źródła, znajdziemy się w obszarze przestrzeni, w którym wzór interferencji zmienia się z punkt do punktu. W tym przypadku zaobserwujemy interferencję fal o równych częstotliwościach i bliskich wektorach falowych.

Fale elektromagnetyczne. Promieniowanie elektromagnetyczne to zaburzenie (zmiana stanu) pola elektromagnetycznego (czyli oddziaływujących ze sobą pól elektrycznych i magnetycznych), które rozchodzi się w przestrzeni. Wśród pól elektromagnetycznych w ogóle, generowanych przez ładunki elektryczne i ich ruch, zwyczajowo przypisuje się promieniowaniu tę część naprzemiennych pól elektromagnetycznych, która jest zdolna do rozprzestrzeniania się najdalej od swoich źródeł - ładunki ruchome, zanikające najwolniej wraz z odległością. Promieniowanie elektromagnetyczne dzieli się na fale radiowe, promieniowanie podczerwone, światło widzialne, promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. Promieniowanie elektromagnetyczne może rozprzestrzeniać się w prawie wszystkich środowiskach. W próżni (przestrzeni wolnej od materii i ciał pochłaniających lub emitujących fale elektromagnetyczne) promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się bez tłumienia na dowolnie duże odległości, ale w niektórych przypadkach rozchodzi się całkiem dobrze w przestrzeni wypełnionej materią (choć nieco zmieniając jej zachowanie) Za główne cechy promieniowania elektromagnetycznego uważa się częstotliwość, długość fali i polaryzację. Długość fali jest bezpośrednio związana z częstotliwością poprzez (grupową) prędkość promieniowania. Grupowa prędkość propagacji promieniowania elektromagnetycznego w próżni jest równa prędkości światła, w innych mediach prędkość ta jest mniejsza. Prędkość fazowa promieniowania elektromagnetycznego w próżni jest również równa prędkości światła, w różnych mediach może być mniejsza lub większa od prędkości światła.

Jaka jest natura światła. Zakłócenia światła. Spójność i monochromatyczność fal świetlnych. Zastosowanie interferencji światła. Dyfrakcja światła. Zasada Huygensa-Fresnela. Metoda stref Fresnela. Dyfrakcja Fresnela na otworze kołowym. rozproszenie światła. Elektroniczna teoria rozproszenia światła. polaryzacja światła. Światło naturalne i spolaryzowane. Stopień polaryzacji. Polaryzacja światła podczas odbicia i załamania na granicy dwóch dielektryków. Polaroidy

Jaka jest natura światła. Pierwsze teorie o naturze światła – korpuskularnego i falowego – pojawiły się w połowie XVII wieku. Zgodnie z teorią korpuskularną (lub teorią wydechu) światło jest strumieniem cząstek (cząstek), które są emitowane przez źródło światła. Cząstki te poruszają się w przestrzeni i oddziałują z materią zgodnie z prawami mechaniki. Teoria ta dobrze wyjaśniała prawa prostoliniowego rozchodzenia się światła, jego odbicia i załamania. Założycielem tej teorii jest Newton. Zgodnie z teorią falową światło to sprężyste fale podłużne w specjalnym ośrodku wypełniającym całą przestrzeń - w świetlistym eterze. Propagację tych fal opisuje zasada Huygensa. Każdy punkt eteru, do którego dotarł proces falowy, jest źródłem elementarnych wtórnych fal sferycznych, których otoczka tworzy nowy front drgań eteru. Hipoteza o falowej naturze światła została wysunięta przez Hooke'a i została rozwinięta w pracach Huygensa, Fresnela i Younga. Koncepcja elastycznego eteru doprowadziła do nierozwiązywalnych sprzeczności. Na przykład pokazano zjawisko polaryzacji światła. że fale świetlne są poprzeczne. Elastyczne fale poprzeczne mogą rozchodzić się tylko w ciałach stałych, w których zachodzi odkształcenie ścinające. Dlatego eter musi być stałym medium, ale jednocześnie nie utrudniać ruchu obiektów kosmicznych. Egzotyczne właściwości elastycznego eteru były istotną wadą pierwotnej teorii falowej. Sprzeczności teorii falowej zostały rozwiązane w 1865 roku przez Maxwella, który doszedł do wniosku, że światło jest falą elektromagnetyczną. Jednym z argumentów przemawiających za tym stwierdzeniem jest zbieżność prędkości fal elektromagnetycznych, teoretycznie obliczonej przez Maxwella, z prędkością światła wyznaczoną eksperymentalnie (w doświadczeniach Roemera i Foucaulta). Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami światło ma charakter podwójnej fali korpuskularnej. W niektórych zjawiskach światło ujawnia właściwości fal, aw innych właściwości cząstek. Właściwości falowe i kwantowe wzajemnie się uzupełniają.

Zakłócenia fal.
jest superpozycją fal spójnych
- charakterystyka fal dowolnej natury (mechaniczna, elektromagnetyczna itp.

fale spójne to fale emitowane przez źródła o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz. Gdy fale koherentne nakładają się w dowolnym punkcie przestrzeni, amplituda oscylacji (przemieszczenia) tego punktu będzie zależeć od różnicy odległości od źródeł do rozpatrywanego punktu. Ta różnica odległości nazywana jest różnicą drogi.
Gdy fale koherentne nakładają się na siebie, możliwe są dwa przypadki graniczne:
1) Warunek maksymalny: różnica ścieżek jest równa całkowitej liczbie długości fal (w przeciwnym razie parzysta liczba połówkowych długości fal).
gdzie . W tym przypadku fale w rozważanym punkcie mają te same fazy i wzmacniają się nawzajem - amplituda oscylacji tego punktu jest maksymalna i równa dwukrotności amplitudy.

2) Warunek minimalny: różnica ścieżek jest równa nieparzystej liczbie połówkowych długości fali. gdzie . Fale docierają do rozważanego punktu w antyfazie i znoszą się nawzajem. Amplituda oscylacji tego punktu jest równa zeru. W wyniku superpozycji fal koherentnych (interferencja fal) powstaje wzór interferencji. Kiedy fale interferują, amplituda oscylacji każdego punktu nie zmienia się w czasie i pozostaje stała. Gdy fale niespójne nakładają się na siebie, nie ma wzoru interferencji, ponieważ amplituda oscylacji każdego punktu zmienia się w czasie.

Spójność i monochromatyczność fal świetlnych. Interferencję światła można wyjaśnić, rozważając interferencję fal. Warunkiem koniecznym do interferencji fal jest ich konsekwencja, tj. skoordynowany przepływ w czasie i przestrzeni kilku procesów oscylacyjnych lub falowych. Ten warunek jest spełniony fale monochromatyczne- Nieograniczone w przestrzeni fale o jednej określonej i ściśle stałej częstotliwości. Ponieważ żadne prawdziwe źródło nie wytwarza światła ściśle monochromatycznego, fale emitowane przez niezależne źródła światła są zawsze niespójne. W dwóch niezależnych źródłach światła atomy promieniują niezależnie od siebie. W każdym z tych atomów proces promieniowania jest skończony i trwa bardzo krótko ( t " 10–8 s). W tym czasie wzbudzony atom powraca do stanu normalnego, a emisja światła ustaje. Podekscytowany atom ponownie zaczyna emitować fale świetlne, ale z nową początkową fazą. Ponieważ różnica faz między promieniowaniem dwóch takich niezależnych atomów zmienia się z każdym nowym aktem emisji, fale emitowane spontanicznie przez atomy dowolnego źródła światła są niespójne. Tak więc fale emitowane przez atomy mają w przybliżeniu stałą amplitudę i fazę oscylacji tylko w przedziale czasowym 10–8 s, podczas gdy zarówno amplituda, jak i faza zmieniają się w dłuższym okresie czasu.

Zastosowanie interferencji światła. Zjawisko interferencji wynika z falowej natury światła; jego wzory ilościowe zależą od długości fali ja 0 . Dlatego zjawisko to służy do potwierdzania falowego charakteru światła i pomiaru długości fal. Zjawisko interferencji wykorzystuje się również do poprawy jakości urządzeń optycznych ( oświecenie optyki) oraz uzyskanie powłok o wysokim współczynniku odbicia. Przechodzeniu światła przez każdą refrakcyjną powierzchnię soczewki, na przykład przez granicę szkło-powietrze, towarzyszy odbicie ≈4% padającego strumienia (przy współczynniku załamania szkła ≈1,5). Ponieważ nowoczesne soczewki zawierają dużą liczbę soczewek, liczba odbić w nich jest duża, a zatem utrata strumienia świetlnego jest również duża. W ten sposób intensywność przepuszczanego światła jest osłabiona i zmniejsza się jasność urządzenia optycznego. Dodatkowo odbicia od powierzchni soczewek prowadzą do olśnienia, które często (np. w technice wojskowej) demaskuje położenie urządzenia. Aby wyeliminować te niedociągnięcia, tzw oświetlenie optyki. W tym celu na swobodne powierzchnie soczewek nakłada się cienkie folie o współczynniku załamania mniejszym niż materiał soczewki. Gdy światło odbija się od interfejsów powietrze-film i folia-szkło, dochodzi do interferencji spójnych promieni. Grubość folii d i współczynniki załamania szkła n c i film n można dobrać tak, aby fale odbite od obu powierzchni folii znosiły się nawzajem. Aby to zrobić, ich amplitudy muszą być równe, a różnica dróg optycznych równa . Obliczenia pokazują, że amplitudy odbitych promieni są równe, jeśli Od n Z, n i współczynnik załamania powietrza n 0 spełniają warunki n c > n>n 0 , wtedy utrata półfali występuje na obu powierzchniach; zatem warunek minimalny (zakładamy, że światło pada normalnie, tj. i= 0), , gdzie i-grubość folii optycznej. Zwykle akceptowane m=0, to

Dyfrakcja światła. Zasada Huygensa-Fresnela.Dyfrakcja światła- odchylenia fal świetlnych od prostoliniowej propagacji, zaokrąglanie napotykanych przeszkód. Jakościowo zjawisko dyfrakcji wyjaśnia się na podstawie zasady Huygensa-Fresnela. Powierzchnia fali w dowolnym momencie nie jest tylko otoczką fal wtórnych, ale wynikiem interferencji. Przykład. Płaska fala świetlna padająca na nieprzezroczysty ekran z otworem. Za ekranem przód powstałej fali (obwiednia wszystkich fal wtórnych) jest zagięty, w wyniku czego światło odchyla się od pierwotnego kierunku i wchodzi w obszar cienia geometrycznego. Prawa optyki geometrycznej są spełnione dokładnie tylko wtedy, gdy wymiary przeszkód na drodze propagacji światła są znacznie większe niż długość fali światła: Dyfrakcja występuje, gdy wymiary przeszkód są współmierne do długości fali: L ~ L. Obraz dyfrakcyjny uzyskany na ekranie znajdującym się za różnymi przeszkodami jest wynikiem interferencji: naprzemiennego występowania pasm jasnych i ciemnych (dla światła monochromatycznego) i wielokolorowych (dla światła białego). Siatka dyfrakcyjna - urządzenie optyczne, które jest zbiorem dużej liczby bardzo wąskich szczelin oddzielonych nieprzezroczystymi szczelinami. Liczba uderzeń w dobrych siatkach dyfrakcyjnych sięga kilku tysięcy na 1 mm. Jeśli szerokość przezroczystej przerwy (lub pasków odblaskowych) wynosi a, a szerokość nieprzezroczystych przerw (lub pasków rozpraszających światło) to b, wówczas wywoływana jest wartość d = a + b okres sieciowy.

Potrzebne są silniejsze dowody na to, że światło rozchodzi się jak fala, gdy się rozchodzi. Każdy ruch falowy charakteryzuje się zjawiskami interferencji i dyfrakcji. Aby mieć pewność, że światło ma charakter falowy, konieczne jest znalezienie doświadczalnych dowodów interferencji i dyfrakcji światła.

Zakłócenia to dość złożone zjawisko. Aby lepiej zrozumieć jego istotę, najpierw zajmiemy się interferencją fal mechanicznych.

Dodanie fal. Bardzo często w ośrodku rozchodzi się jednocześnie kilka różnych fal. Na przykład, gdy w pokoju rozmawia kilka osób, fale dźwiękowe nakładają się na siebie. Co się dzieje?

Najłatwiejszym sposobem śledzenia superpozycji fal mechanicznych jest obserwowanie fal na powierzchni wody. Jeśli wrzucimy do wody dwa kamienie, tworząc w ten sposób dwie fale pierścieniowe, łatwo zauważyć, że każda fala przechodzi przez drugą i zachowuje się dalej tak, jakby ta druga fala w ogóle nie istniała. Podobnie, dowolna liczba fal dźwiękowych może jednocześnie rozchodzić się w powietrzu bez wzajemnego zakłócania się. Wiele instrumentów muzycznych w orkiestrze lub głosy w chórze wytwarzają fale dźwiękowe, które są jednocześnie odbierane przez nasze ucho. Co więcej, ucho jest w stanie odróżnić jeden dźwięk od drugiego.

Przyjrzyjmy się teraz bliżej temu, co dzieje się w miejscach nakładania się fal. Obserwując fale na powierzchni wody z dwóch kamieni wrzuconych do wody, można zauważyć, że niektóre fragmenty powierzchni nie są naruszone, podczas gdy w innych miejsca zakłócenia się nasiliły. Jeżeli dwie fale spotykają się w jednym miejscu grzbietami, to w tym miejscu wzrasta perturbacja tafli wody.

Jeśli, przeciwnie, grzbiet jednej fali zetknie się z korytem drugiej, to powierzchnia wody nie zostanie zakłócona.

Ogólnie rzecz biorąc, w każdym punkcie ośrodka oscylacje spowodowane przez dwie fale po prostu sumują się. Wynikające z tego przemieszczenie dowolnej cząstki ośrodka jest algebraiczną (tzn. uwzględniającą ich znaki) sumą przemieszczeń, jakie wystąpiłyby podczas propagacji jednej z fal przy braku drugiej.

Ingerencja. Dodawanie fal w przestrzeni, w których powstaje stały w czasie rozkład amplitud wynikowych oscylacji, nazywa się interferencją.

Dowiedzmy się, w jakich warunkach zachodzi interferencja fal. Aby to zrobić, rozważ bardziej szczegółowo dodanie fal powstałych na powierzchni wody.

W wannie można jednocześnie wzbudzić dwie fale kołowe za pomocą dwóch kulek zamontowanych na pręcie, który wykonuje oscylacje harmoniczne (ryc. 118). W dowolnym punkcie M na powierzchni wody (ryc. 119) oscylacje wywołane przez dwie fale (ze źródeł O 1 i O 2) będą się sumować. Amplitudy drgań wywołanych w punkcie M przez obie fale będą, ogólnie rzecz biorąc, różne, ponieważ fale poruszają się różnymi drogami d1 i d2. Ale jeśli odległość l między źródłami jest znacznie mniejsza niż te ścieżki (l « d 1 i l « d 2), to obie amplitudy
można uznać za prawie to samo.

Wynik dodawania fal docierających do punktu M zależy od różnicy faz między nimi. Po przejściu różnych odległości d 1 i d 2 fale mają różnicę drogi Δd = d 2 -d 1 . Jeżeli różnica dróg jest równa długości fali λ, to druga fala jest opóźniona w stosunku do pierwszej o dokładnie jeden okres (tylko w okresie fala pokonuje odległość równą długości fali). W konsekwencji w tym przypadku grzbiety (jak również doliny) obu fal pokrywają się.

Stan maksymalny. Rysunek 120 przedstawia zależność czasową przemieszczeń X 1 i X 2 wywołanych przez dwie fale przy Δd= λ. Różnica faz oscylacji jest równa zeru (lub 2n, ponieważ okres sinusa wynosi 2n). W wyniku dodania tych oscylacji powstaje oscylacja wynikowa o podwojonej amplitudzie. Fluktuacje wynikowego przemieszczenia na rysunku są pokazane kolorem (linia przerywana). To samo stanie się, jeśli nie jedna, ale dowolna całkowita liczba długości fali zmieści się na odcinku Δd.

Amplituda oscylacji ośrodka w danym punkcie jest maksymalna, jeśli różnica między drogami dwóch fal, które wzbudzają oscylacje w tym punkcie, jest równa całkowitej liczbie długości fal:

gdzie k=0,1,2,....

Warunek minimalny. Niech teraz połowa długości fali zmieści się na odcinku Δd. Oczywiście w tym przypadku druga fala pozostaje w tyle za pierwszą o pół okresu. Różnica faz okazuje się być równa n, tj. oscylacje wystąpią w przeciwfazie. W wyniku dodania tych oscylacji amplituda oscylacji wynikowej wynosi zero, tj. w rozważanym punkcie nie ma oscylacji (ryc. 121). To samo stanie się, jeśli do segmentu zmieści się jakakolwiek nieparzysta liczba półfal.

Amplituda oscylacji ośrodka w danym punkcie jest minimalna, jeśli różnica między drogami dwóch fal wzbudzających w tym punkcie oscylacje jest równa nieparzystej liczbie półfal:

Jeżeli różnica skoków d 2 - d 1 przyjmuje wartość pośrednią
pomiędzy λ i λ/2, wtedy amplituda oscylacji wynikowej przyjmuje pewną wartość pośrednią między podwojoną amplitudą a zerem. Ale co najważniejsze, amplituda oscylacji w dowolnym momencie zmienia się w czasie. Na powierzchni wody występuje pewien niezmienny w czasie rozkład amplitud oscylacji, który nazywamy wzorem interferencyjnym. Rysunek 122 przedstawia rysunek ze zdjęcia wzoru interferencji dwóch fal kołowych z dwóch źródeł (czarne koła). Białe obszary na środku zdjęcia odpowiadają wzlotom huśtawek, a ciemne obszary dołkom.

fale spójne. W celu utworzenia stabilnego wzorca interferencji konieczne jest, aby źródła fal miały tę samą częstotliwość, a różnica faz ich oscylacji była stała.

Źródła spełniające te warunki nazywane są koherentnymi. Tworzone przez nie fale nazywane są również spójnymi. Dopiero po dodaniu fal koherentnych powstaje stabilny wzór interferencji.

Jeżeli różnica faz oscylacji źródeł nie pozostaje stała, to w dowolnym punkcie ośrodka zmieni się różnica faz oscylacji wzbudzanych przez dwie fale. Dlatego amplituda powstałych oscylacji zmienia się w czasie. W rezultacie maksima i minima poruszają się w przestrzeni, a wzór interferencji jest rozmyty.

Dystrybucja energii podczas zakłóceń. Fale niosą energię. Co dzieje się z tą energią, gdy fale są przez siebie znoszone? Może zamienia się w inne formy i ciepło uwalnia się w minimach wzoru interferencyjnego? Nic takiego. Obecność minimum w danym punkcie wzoru interferencji oznacza, że ​​energia w ogóle tu nie wchodzi. W wyniku interferencji energia ulega redystrybucji w przestrzeni. Nie jest on rozłożony równomiernie na wszystkie cząstki ośrodka, ale jest skoncentrowany w maksimach, ponieważ w ogóle nie wchodzi w minima.

INTERFERENCJA FAL ŚWIATŁA

Jeżeli światło jest strumieniem fal, to należy zaobserwować zjawisko interferencji światła. Nie jest jednak możliwe uzyskanie wzoru interferencyjnego (naprzemienne maksima i minima oświetlenia) przy użyciu dwóch niezależnych źródeł światła, np. dwóch żarówek elektrycznych. Włączenie innej żarówki tylko zwiększa oświetlenie powierzchni, ale nie tworzy naprzemienności minimów i maksimów oświetlenia.

Dowiedzmy się, co jest tego przyczyną iw jakich warunkach można zaobserwować interferencję światła.

Warunek koherencji fal świetlnych. Powodem jest to, że fale świetlne emitowane przez różne źródła nie są ze sobą skoordynowane. Aby uzyskać stabilny wzór interferencji, potrzebne są dopasowane fale. Muszą mieć te same długości fal i stałą różnicę faz w dowolnym punkcie przestrzeni. Przypomnijmy, że takie dopasowane fale o tych samych długościach fal i stałej różnicy faz nazywane są spójnymi.

Prawie dokładna równość długości fal z dwóch źródeł nie jest trudna do osiągnięcia. W tym celu wystarczy zastosować dobre filtry, które przepuszczają światło w bardzo wąskim zakresie długości fal. Ale niemożliwe jest uświadomienie sobie stałości różnicy faz z dwóch niezależnych źródeł. Atomy źródeł promieniują niezależnie od siebie światłem jako oddzielne „pociągi” (pociągi) fal sinusoidalnych o długości około metra. I takie ciągi fal z obu źródeł nakładają się na siebie. W rezultacie amplituda oscylacji w dowolnym punkcie przestrzeni zmienia się chaotycznie w czasie, w zależności od tego, jak w danej chwili są przesunięte względem siebie ciągi fal z różnych źródeł. Fale z różnych źródeł światła są niespójne ze względu na fakt, że różnica faz fal nie pozostaje stała. Nie obserwuje się stabilnego obrazu z pewnym rozkładem maksimów i minimów oświetlenia w przestrzeni.

Zakłócenia w cienkich warstwach. Niemniej jednak można zaobserwować interferencję światła. Ciekawostką jest to, że zaobserwowano to bardzo dawno temu, ale po prostu nie zdawali sobie z tego sprawy.

Ty też wielokrotnie widziałeś wzór interferencji, gdy jako dziecko bawiłeś się dmuchając bańki mydlane lub obserwowałeś opalizujący wylew kolorów cienkiej warstwy nafty lub oleju na powierzchni wody. „Unosząca się w powietrzu bańka mydlana... rozświetla się wszystkimi odcieniami kolorów charakterystycznymi dla otaczających obiektów. Bańka mydlana to chyba najwspanialszy cud natury” (Mark Twain). To właśnie interferencja światła sprawia, że ​​bańka mydlana jest tak godna podziwu.

Angielski naukowiec Thomas Young jako pierwszy wpadł na genialny pomysł na możliwość wyjaśnienia kolorów cienkich warstw przez dodanie fal 1 i 2 (ryc. 123), z których jedna (1) odbija się od zewnętrznej powierzchni film, a drugi (2) od wewnętrznej. W tym przypadku dochodzi do interferencji fal świetlnych - dodania dwóch fal, w wyniku czego obserwuje się w czasie stabilny wzorzec wzmocnienia lub osłabienia powstałych wibracji świetlnych w różnych punktach przestrzeni. Wynik interferencji (wzmocnienie lub osłabienie powstałych oscylacji) zależy od kąta padania światła na folię, jej grubości i długości fali. Wzmocnienie światła nastąpi, jeśli załamana fala 2 pozostaje w tyle za odbitą falą 1 o całkowitą liczbę długości fali. Jeśli druga fala pozostaje w tyle za pierwszą o pół długości fali lub o nieparzystą liczbę półfal, światło zostanie osłabione.

Spójność fal odbitych od zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni folii zapewnia fakt, że są one częścią tej samej wiązki światła. Ciąg fal z każdego emitującego atomu jest dzielony przez film na dwie części, a następnie te części są ze sobą połączone i zakłócają.

Jung zdał sobie również sprawę, że różnica w kolorze wynika z różnicy w długości fali (lub częstotliwości) fal świetlnych. Wiązki światła o różnych kolorach odpowiadają falom o różnej długości. Dla wzajemnego wzmocnienia fal różniących się długością (zakłada się, że kąty padania są takie same) wymagane są różne grubości folii. Dlatego jeśli folia ma nierówną grubość, to przy oświetleniu białym światłem powinny pojawić się różne kolory.

Prosty wzór interferencyjny powstaje w cienkiej warstwie powietrza pomiędzy płytką szklaną a umieszczoną na niej soczewką płasko-wypukłą, której kulista powierzchnia ma duży promień krzywizny. Ten wzór interferencyjny ma wygląd koncentrycznych pierścieni, zwanych pierścieniami Newtona.

Weź soczewkę płasko-wypukłą o małej krzywiźnie sferycznej powierzchni i umieść ją na szklanej płytce. Uważnie badając płaską powierzchnię soczewki (najlepiej przez szkło powiększające), zauważysz ciemną plamkę w miejscu styku soczewki z płytką oraz zestaw małych opalizujących pierścieni wokół niej. Odległości między sąsiednimi pierścieniami gwałtownie maleją wraz ze wzrostem ich promienia (rys. 111). To są pierścienie Newtona. Newton obserwował i badał je nie tylko w świetle białym, ale także wtedy, gdy soczewkę oświetlano jednokolorową (monochromatyczną) wiązką. Okazało się, że promienie pierścieni o tym samym numerze seryjnym zwiększają się przy przechodzeniu od fioletowego końca widma do czerwonego; czerwone pierścienie mają maksymalny promień. Wszystko to możesz sprawdzić za pomocą niezależnych obserwacji.

Newton nie potrafił zadowalająco wyjaśnić, dlaczego powstają pierścienie. Jungowi się udało. Prześledźmy tok jego rozumowania. Opierają się na założeniu, że światło to fale. Rozważmy przypadek, w którym fala o określonej długości pada prawie prostopadle na soczewkę płasko-wypukłą (ryc. 124). Fala 1 powstaje w wyniku odbicia od wypukłej powierzchni soczewki na granicy szkło-powietrze, a fala 2 - w wyniku odbicia od płytki na granicy powietrze-szkło. Fale te są spójne: mają tę samą długość i stałą różnicę faz, co wynika z faktu, że fala 2 pokonuje większą odległość niż fala 1. Jeśli druga fala jest opóźniona za pierwszą o całkowitą liczbę długości fali, to sumując się, fale wzmacniają każdego przyjaciela. Wibracje, które powodują, występują w jednej fazie.

Wręcz przeciwnie, jeśli druga fala pozostaje w tyle za pierwszą o nieparzystą liczbę półfal, to wywołane przez nie oscylacje będą występować w przeciwnych fazach i fale wzajemnie się znoszą.

Jeżeli znany jest promień krzywizny R powierzchni soczewki, to można obliczyć, w jakich odległościach od miejsca styku soczewki z płytką szklaną różnice drogi są takie, że fale o określonej długości λ znoszą się nawzajem . Te odległości to promienie ciemnych pierścieni Newtona. W końcu linie o stałej grubości szczeliny powietrznej to koła. Mierząc promienie pierścieni, można obliczyć długości fal.

Długość fali świetlnej. Dla światła czerwonego pomiary podają λcr = 8 10 -7 m, a dla fioletu λ f = 4 10 -7 m. Długości fal odpowiadające innym kolorom widma przyjmują wartości pośrednie. Dla każdego koloru długość fali światła jest bardzo krótka. Wyobraź sobie przeciętną kilkumetrową falę morską, która urosła tak bardzo, że zajęła cały Ocean Atlantycki od wybrzeży Ameryki po Europę. Długość fali światła przy tym samym powiększeniu tylko nieznacznie przekraczałaby szerokość tej strony.

Zjawisko interferencji nie tylko dowodzi, że światło ma właściwości falowe, ale także pozwala na pomiar długości fali. Tak jak wysokość dźwięku zależy od jego częstotliwości, tak kolor światła jest określany przez jego częstotliwość lub długość fali.

Poza nami w naturze nie ma kolorów, są tylko fale o różnej długości. Oko jest złożonym urządzeniem fizycznym zdolnym do wykrycia różnicy koloru, która odpowiada bardzo małej (około 10-6 cm) różnicy długości fal świetlnych. Co ciekawe, większość zwierząt nie potrafi rozróżniać kolorów. Zawsze widzą czarno-biały obraz. Osoby nierozróżniające kolorów również nie rozróżniają kolorów – osoby cierpiące na ślepotę barw.

Kiedy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, zmienia się długość fali. Można to znaleźć w ten sposób. Wypełnijmy szczelinę powietrzną między soczewką a płytką wodą lub inną przezroczystą cieczą o współczynniku załamania. Promienie pierścieni interferencyjnych zmniejszą się.

Dlaczego to się dzieje? Wiemy, że gdy światło przechodzi z próżni do jakiegoś ośrodka, prędkość światła zmniejsza się n razy. Ponieważ v = λv, to częstotliwość lub długość fali powinny zmniejszyć się n razy. Ale promienie pierścieni zależą od długości fali. Dlatego też, gdy światło wpada do ośrodka, to długość fali zmienia się n razy, a nie częstotliwość.

Interferencja fal elektromagnetycznych. W eksperymentach z generatorem mikrofal można zaobserwować interferencję fal elektromagnetycznych (radiowych).

Generator i odbiornik są umieszczone naprzeciwko siebie (ryc. 125). Następnie metalowa płyta jest sprowadzana od dołu w pozycji poziomej. Stopniowo podnosząc płytkę, na przemian stwierdza się tłumienie i wzmocnienie dźwięku.

Zjawisko wyjaśniono w następujący sposób. Część fali z tuby generatora wchodzi bezpośrednio do tuby odbiorczej. Druga jego część odbija się od metalowej płyty. Zmieniając położenie płytki, zmieniamy różnicę ścieżki pomiędzy falami bezpośrednimi i odbitymi. W rezultacie fale wzmacniają się lub osłabiają nawzajem, w zależności od tego, czy różnica ścieżek jest równa całkowitej liczbie długości fal, czy nieparzystej liczbie półfal.

Obserwacja interferencji światła dowodzi, że światło podczas rozchodzenia się wykazuje właściwości falowe. Eksperymenty interferencyjne umożliwiają pomiar długości fali światła: jest ona bardzo mała, od 4 10 -7 do 8 10 -7 m.

Interferencja dwóch fal. Bipryzmat Fresnela - 1

Zakłócenia fal(od łac. pochować- wzajemnie, między sobą i ferio- uderzam, uderzam, uderzam) - wzajemne wzmocnienie lub osłabienie dwóch (lub więcej) fal, gdy nakładają się one na siebie, jednocześnie rozchodząc się w przestrzeni.

Zwykle poniżej efekt interferencji zrozumieć fakt, że wynikowa intensywność w niektórych punktach przestrzeni jest większa, w innych mniejsza niż całkowita intensywność fal.

Zakłócenia fal- jedna z głównych właściwości fal dowolnej natury: sprężysta, elektromagnetyczna, w tym światło itp.

Interferencja fal mechanicznych.

Na powierzchni wody najłatwiej zaobserwować dodanie fal mechanicznych – ich wzajemne nakładanie się. Jeśli wzbudzisz dwie fale, wrzucając do wody dwa kamienie, to każda z tych fal zachowuje się tak, jakby druga fala nie istniała. Podobnie zachowują się fale dźwiękowe z różnych niezależnych źródeł. W każdym punkcie ośrodka oscylacje wywołane przez fale po prostu się sumują. Wynikające z tego przemieszczenie dowolnej cząstki ośrodka jest algebraiczną sumą przemieszczeń, które wystąpiłyby podczas propagacji jednej z fal przy braku drugiej.

Jeśli w tym samym czasie w dwóch punktach Około 1 oraz Około 2 wzbudzić w wodzie dwie spójne fale harmoniczne, wtedy na powierzchni wody będą obserwowane grzbiety i doliny, które nie zmieniają się w czasie, czyli będą ingerencja.

Warunek wystąpienia maksimum intensywność w pewnym momencie M położony na odległość d 1 oraz d 2 ze źródeł fal Około 1 oraz Około 2, odległość między którymi ja ≪ d 1 oraz ja d2(rysunek poniżej) będzie:

Δd = kλ,

gdzie k = 0, 1 , 2 , a λ — długość fali.

Amplituda oscylacji ośrodka w danym punkcie jest maksymalna, jeżeli różnica między drogami dwóch fal wzbudzających w tym punkcie oscylacje jest równa całkowitej liczbie długości fal i pod warunkiem, że fazy oscylacji obu źródeł pokrywają się.

Pod różnicą podróży d tutaj rozumieją geometryczną różnicę w ścieżkach, którymi fale przemieszczają się z dwóch źródeł do danego punktu: d =d2- d 1 . Z różnicą podróży d = kλ różnica faz dwóch fal jest równa liczbie parzystej π , a amplitudy oscylacji się sumują.

Warunek minimalny jest:

Δd = (2k + 1)λ/2.

Amplituda drgań ośrodka w danym punkcie jest minimalna, jeżeli różnica między drogami dwóch fal wzbudzających w tym punkcie drgania jest równa nieparzystej liczbie półfal i pod warunkiem, że fazy drgań dwa źródła są zbieżne.

Różnica faz fal w tym przypadku jest równa liczbie nieparzystej π , tj. oscylacje występują w przeciwfazie, dlatego są wygaszane; amplituda oscylacji wynikowej wynosi zero.

Dystrybucja energii podczas zakłóceń.

W wyniku interferencji energia ulega redystrybucji w przestrzeni. Koncentruje się w wzlotach, ponieważ w ogóle nie wchodzi w dołki.