Интерференция волн это наложение когерентных волн. Когерентными называют колебания или волны (а также и сами источники колебаний), которые имеют одинаковую частоту и одинаковые фазы колебаний, или постоянную разность фаз.
При наложении когерентных волн усиление или ослабление колебаний происходит в определенных точках среды, которые остаются неизменными, и результирующая картина принимает устойчивый характер.
Это явление называется интерференцией волн.
Что такое интерференция волн
Рассмотрим распространение на поверхности воды простых (гармонических) волн от двух точечных источников одинаково направленных колебаний.
В области, где происходит наложение волн, каждая из частиц среды совершает колебание, являющееся результатом сложения колебаний, которые вызываются действием каждой из волн в отдельности.
При этом в зависимости от соотношения фаз этих колебаний может происходить их усиление или ослабление.
При наложении волн с различной частотой точки среды, в которых происходит усиление или ослабление колебаний, все время меняются.
Интерференция волн это наложение когерентных волн, при котором усиление и ослабление колебаний происходят в определенных точках среды.
Пример интерференции волн
Рассмотрим точки а и в на поверхности воды, к которым приходят когерентные волны от двух источников O1 и O2 гармонических колебаний, для простоты не имеющих разности фаз и с одинаковой амплитудой.
Если колебания, возбуждаемые в этих точках каждой волной, совпадают по фазе, то смещения имеют одинаковые знаки и складываясь, дают усиление колебаний.
Если эти колебания имеют противоположные фазы, то смещения имеют разные знаки и складываясь, дают ослабление колебаний. Сопоставим эти условия с расстоянием точек среды от источников колебаний.
Разность между расстояниями от данной точки до каждого из источников колебаний, выраженная в длинах волн, называется разностью хода волн ∆.
Пусть в точке а (рис. 2) разность хода волн равняется длине волны:
∆a = O2а — O1а = λ.
Колебания, возбуждаемые в этой точке, будут иметь разность фаз:
φа = 2π.
Смещения имеют одинаковые знаки, и колебания в этой точке усиливаются.
Усиление колебаний происходит во всех точках, для которых разность хода волн равняется нулю или целому числу волн:
О, λ, 2λ, 3λ и т. д.,
или, что равносильно, нулю или четному числу полуволн.
Совокупность этих точек создает зоны усиления колебаний, или зоны максимумов, в картине интерференции волн.
Пусть в точке в (рис. 2) разность хода волн равняется половине длины волны:
∆в = О1 в — O2в = λ/2.
Колебания, возбуждаемые в этой точке, будут иметь разность фаз φв = π.
Ослабление колебаний
Смещения имеют разные знаки, и колебания в этой точке ослабляются.
Ослабление колебаний происходит также в точках, для которых разность хода волн равняется нечетному числу полуволн:
λ/2; 3λ/2; 5λ/2 и т.д.
Совокупность этих точек создает зоны ослабления колебаний, или зоны минимумов, в картине интерференции волн.
Если разность хода волн ∆ находится между указанными пределами (т. е. разность фаз колебаний находится между π и 2π), то в результате сложения смещений в определенных точках среды происходит также или усиление или ослабление колебаний.
При этом зоны усиления колебаний оказываются более широкими, чем зоны ослабления (см. рис. 3).
Интерференция двух волн от двух когерентных источников
Интерференция волн от двух когерентных источников (не имеющих разности фаз) усиление колебаний происходит во всех точках, для которых разность хода волн составляет четное число полуволн:
∆ус = 2п (λ/2)
где n = 0, 1, 2, 3 и т. д.
Ослабление колебаний происходит во всех точках, для которых разность хода волн составляет нечетное число полуволн
∆осл = (2n + 1) (λ/2)
Результирующая картина интерференции волн в этих условиях показана схематически на рис. 3 (зоны усиления — по направлениям аа’, вв’, … зоны ослабления — по направлениям mm‘, пп‘, …).
Если между колебаниями источников имеется разность фаз, то интерференционная картина аналогична, но зоны усиления и ослабления колебаний будут несколько смещены в сторону источника, колебания которого запаздывают по фазе.
Быстрые ответы?
Это явление, возникающее при столкновении двух волн, распространяющихся в одной среде.
Результатом интерференции волн является изменение формы среды, которое определяется результирующим влиянием двух отдельно взятых волн на частицы среды.
Интерференция волн возможна только при определенном условии — когерентности.
То есть, чтобы волны могли взаимодействовать друг с другом и создавать интерференционную картину, для этого они должны быть монохроматическими, то есть иметь одну определенную и постоянную частоту.
Если у волн разные направления и начальные фазы, они быстро и беспорядочно сменяют друг друга, и интерференция не возникает.
Наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.