Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Interferencija valova je pojava superpozicije (superpozicije) valova iz različitih izvora. Drugim riječima, interferencija je pojava zbrajanja dvaju (ili više) valova u prostoru, pri čemu nastaje vremenski konstantna raspodjela amplitude rezultirajućih oscilacija u različitim točkama prostora, naziva se interferencija. Naziv "smetnja" dolazi iz latinskog jezika (Inter - između, ferens - dodatak od ferentis - nošenje, nošenje).

Interferencija valova: objašnjenje fenomena ukratko i jednostavnim riječima

Ako dva vatrogasna vozila dođu gasiti požar i počnu u dva mlaza polijevati zgradu koja gori, možemo biti sigurni da će izliti više vode nego da to radi jedna brigada. Stoga se čini gotovo očiglednim da ako ista vatrogasna vozila upale dvije identične sirene, tada će promatrač u njihovoj blizini čuti glasniji zvuk nego da je samo jedno od njih uključilo sirenu. To je obično točno, ali može se dogoditi i suprotno. Zvučni tokovi iz dvaju zvučnika možda se međusobno uopće ne pojačavaju, već se, naprotiv, ugušuju. Mislite li da je nemoguće? Odgovorit ćemo na ovo pitanje izvođenjem sljedećeg eksperimenta i analizom rezultata.

Eksperimentirajte.

Za ovaj eksperiment trebat će vam prijenosno računalo na stolu s dva spojena računalna zvučnika. Kako biste ih pretvorili u izvore harmonijskih valova, u tražilicu svog preglednika upišite "akustični generator online" i pomoću pronađenog programa proizvedite sinusni val od 1500 Hz.Alternativno, potražite "1500 Hz audio" i reproducirajte jedan od pronađenih videozapisa. Jedna molba: za dobrobit ušiju vaših susjeda, ne puštajte ove zvukove preglasno, nije potrebno.

Eksperiment će izvoditi dva sudionika: jedan će pomicati jedan od zvučnika, drugi će biti detektor zvuka (prijemnik), tj. samo slušajte (slika 1) jednim uhom (začepljujući drugo). Promatrač treba biti na udaljenosti od oko 3 m od prvog govornika. Snimite li rezultat eksperimenta pametnim telefonom i pustite ga, bit će još jasniji.

Riža. 1. Eksperimentirajte s 2 stupca (zvučnici)
    Prvo ćemo postaviti zvučnike jedan do drugog.
  1. Sada prvi sudionik počinje polako pomicati drugi stupac prema promatraču. Pomaknuvši ga nekoliko centimetara, promatrač čuje kako zvuk postaje sve tiši, iako oba zvučnika rade bez promjene.Na kraju je postignut minimalni intenzitet zvuka.
  2. Kada pomaknete zvučnik dalje, glasnoća zvuka ponovno počinje rasti, zatim se opet smanjuje i tako dalje.

Rezultati naših promatranja mogu djelovati iznenađujuće. Pomaknemo li drugi zvučnik u skladu s tim, promatrač će čuti zvuk koji dolazi iz dva zvučnika tiši nego da dolazi iz samo jednog zvučnika. Ovo možete reći u šali: “zvuk + zvuk=tišina”! Kako je ovo moguće?

Da bismo razumjeli rezultat našeg eksperimenta, moramo razmotriti fenomen interferencije, odnosno superpozicije (superpozicije) harmoničnih valova. U nastavku ćemo razmatrati valove koji se šire samo u jednom smjeru (od zvučnika do promatrača) i zanemariti činjenicu da amplituda zvučnih valova zapravo opada s udaljenošću od zvučnika.

Objašnjenje opažanja: načelo superpozicije kaže da je rezultirajući pomak elementa medija u kojem se šire dva vala jednak zbroju pomaka koji bi izazvao samo prvi val i pomaka koji samo bi drugi val izazvao.

Valove koji dolaze prema promatraču iz dva stupca predstavit ćemo kao sinusne valove iste duljine λ. U slučaju zvučnog vala, vrijednost sinusoide u određenoj točki odgovara trenutnom tlaku u zvučnom valu, koji je naizmjenično viši i niži. Na slici (Slika 2.):

  • Gornji crveni grafikon predstavlja prvi val.
  • Srednji zeleni grafikon predstavlja drugi val.
  • Donji crni grafikon je superpozicija dva prethodna vala.

Udaljenost izvora prvog vala od promatrača označili smo simbolom r1(na slici 1 to je bila udaljenost L). Udaljenost od promatrača do izvora drugog vala označili smo kao r2.

Riža. 2. Valovi koji dolaze do promatrača iz dva stupa koja se nalaze na istoj udaljenosti od promatračaRiža. 3. Valovi koji dolaze do promatrača iz dva stupca koji se nalaze na različitim udaljenostima od promatrača
  1. Na (Sl. 2.) oba izvora valova su na istoj udaljenosti od promatrača, r1=r2 Valovi postaju sve jači. Amplituda rezultirajućeg vala dvostruko je veća od amplituda dvokomponentnih valova. Promatrač čuje snažan zvuk.
  2. U (Sl. 3.) izvor 2 se pomaknuo za 1/2 valne duljine udesno, r1- r2=λ1/2. Sada se vrhunci drugog vala podudaraju s padovima prvog vala. Valovi se gase. Amplituda rezultirajućeg vala je nula. Promatrač ne čuje zvuk. Ovo je slučaj kada "zvuk + zvuk=tišina" .
  3. Ako pomaknemo drugi izvor za cijelu valnu duljinu udesno, tako da su r1- r2=λ maksimumi dva će se vala ponovno preklapati, a kao rezultat toga zvuk ponovno postaje jak.
  4. Ako je udaljenost između stupaca jedna i pol valna duljina, tako da je r1- r2=1,5λ, tada valovi bi opet nestali. I tako dalje.

Općenito, možemo reći da se maksimalno pojačanje valova iz dva izvora događa kada je razlika u udaljenosti od promatrača jednaka cijelom višekratniku valne duljine, tj. r1- r2=nλ, gdje je n=0, 1, 2, 3, .

Valovi iz dva izvora se gase kada je razlika u udaljenosti od promatrača jednaka neparnom višekratniku polovice valne duljine, tj. :

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

Interferencija opisuje superpoziciju dva ili više valova koji prodiru jedan u drugi. Val ima amplitudu, tj. odstupanje, s pozitivnim ili negativnim predznakom. Ako se dva takva vala superponiraju jedan na drugi, njihove se amplitude zbrajaju s odgovarajućim predznakom, prema principu superpozicije. To znači da se međusobno pojačavaju, slabe ili potpuno poništavaju. Ovaj efekt javlja se kod svih vrsta valova, tj. elektromagnetskih, zvučnih i valova materije (de Broglie valovi).

Važno! Na mjestima gdje se valovi međusobno pojačavaju dolazi do tzv. konstruktivne interferencije. Na mjestima gdje valovi slabe jedni druge, s druge strane, dolazi do destruktivne interferencije.

Smetnje se mogu prepoznati po promjeni amplituda pojedinih valova. Tamo gdje su prije valna polja imala ujednačen intenzitet, interferencija se može promatrati naizmjenično između maksimuma i minimuma. To se naziva interferencijski uzorak. Uzorci interferencije služe kao dokaz valne prirode proučavanog zračenja.

Svojstva

Možete klasificirati smetnje na temelju njihovih svojstava i koristiti ih za razne pokuse.

Koherencija

Važno svojstvo za opisivanje interferencije je koherencija. Kako bi se stvorilo stabilno valno polje kao rezultat interferencije valova, oni moraju biti međusobno koherentni. To znači da valovi imaju fiksan fazni odnos jedan prema drugom.Faza je stupanj za koji su valovi pomaknuti jedan u odnosu na drugi. Iz ovoga se može odrediti vrijeme koherencije, što je važan pokazatelj za fizičke izvore svjetlosti.

Nazivaju se koherentni izvori čija je frekvencija titranja ista, a fazna razlika se ne mijenja. Valovi koje stvaraju takvi izvori nazivaju se koherentnim.

Riža. 1. Koherentnost

polarizacija

Drugo karakteristično svojstvo je polarizacija. Polarizacija opisuje smjer u kojem val oscilira. Ako se ova promjena smjera dogodi brzo i nasumično, tada je val nepolariziran. Ako su valovi polarizirani okomito jedni na druge, ne interferiraju jedni s drugima.

Riža. 2. Polarizacija valova

Konstruktivno uplitanje

Konstruktivna interferencija uvijek se javlja kada razlika putanje dva vala odgovara cijelom višekratniku valne duljine.Pod ovim uvjetom, brijeg vala uvijek susreće brijeg vala, a dolina vala susreće dolinu vala. Ako su amplitude jednake, konstruktivne smetnje rezultiraju dvostruko većom amplitudom.

Matematički, ovo se može izraziti na sljedeći način:

Vrijeh vala susreće se s vrhom vala na razlici putanje Δs=0, 1λ, 2λ, . To vam daje formulu Δs=kλ gdje je

Gdje je k=0, ±1, ±2, itd. S k=0 imate maksimum 0. reda, a s k=1 imate maksimum 1. reda.

Riža. 3. Konstruktivne smetnje

Destruktivne smetnje

Destruktivne smetnje uvijek se javljaju na valnoj duljini koja je višekratnik polovice valne duljine. Pod ovim uvjetom, doline valova uvijek se susreću s vrhovima valova i obrnuto. Zbog toga je amplituda rezultirajućeg vala manja od amplitude izvornog vala. Ako su amplitude jednake, valovi se međusobno poništavaju.

Matematički, ovo se može izraziti na sljedeći način:

Vrijeh vala susreće se s vrhom vala na razlici putanje Δs=0,5λ, 1,5λ, 2,5λ, , . To vam daje formulu Δs=( k +0,5)λ, gdje

k=0, ±1, ±2, itd. S k=1 imate minimalnu narudžbu 1.

Riža. 4. Destruktivne smetnje

Primjer izračunavanja interferencije valova

Za bolje razumijevanje, ovdje je pojednostavljena verzija izračuna. Pretpostavimo da se emitiraju dva vala (S1i S2). Oba signala imaju istu amplitudu, frekvenciju i polarizaciju. Prijemnik je daleko E.

Riža. 5. Proračun interferencije valova

Slika pokazuje da na razliku putanje Δs, između ostalog, utječe kut α‎. Trigonometrijski se može odrediti sljedeći odnos: sin (α)=Δs / b=↔ Δs=bsin (α)

Za kut α dobivate tan (α)=x / d

Za vrlo mali α, koristite aproksimaciju malog kuta. To znači da je tan( α ) ≈ sin( α ). Ako ovo uključite u svoju formulu za razliku putanje Δs, dobit ćete: Δs=btan (α)=b( x / d ).

Popis korištenih izvora

    Fizika. 11. razred. Duboka razina. Vibracije i valovi. Udžbenik - Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z
  1. B. Zhilko, G. Markovich, Fizika, Udžbenik za 11. razred obrazovnih ustanova s ruskim jezikom nastave s dvogodišnjim rokom učenja (osnovna i napredna razina), Bjelorusija
  2. N. S. Purysheva, N. E. Vazheevskaya, D. A. Isaev, V. M. Charugin, 11. razred fizike

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Zgrada