logo

Interferencja

Interferencja fal jest to zjawisko nakładania się kilku fal o tej samej częstotliwości na siebie, w wyniku czego amplituda fali wypadkowej rośnie lub maleje w różnych punktach ośrodka w zależności od różnicy faz fal składowych. Mówimy o tak zwanej superpozycji fal.

Jeżeli falami składowymi są dwie fale sinusoidalne o amplitudach A1 i A2, będące w różnicy faz φ, które mają taki sam kierunek drgań, to fala wypadkowa ma amplitudę A w danym punkcie ośrodka daną wzorem:

A=\sqrt{A_1^2+A_2^2+2A_1A_2cos \phi}

Dla ułatwienia w dalszych rozważaniach przyjmijmy, że A1=A2=As.

Jeżeli różnica faz φ=0, to

,

co oznacza że amplituda fali wypadkowej w każdym punkcie jest dwa razy większa, niż amplituda każdej z fal składowych.

Jeżeli różnica faz φ=π, to cosπ=-1 i amplituda

,

co oznacza że amplituda fali wypadkowej w każdym punkcie jest równa 0 - fale wygaszają się nawzajem.

Oba przypadki zilustrowano na poniższym rysunku.

interferencja
© Nutkins J. - stock.adobe.com

W ogólnym przypadku amplituda fali wypadkowej będzie się zatem zawierać w przedziale od 0 do 2A.

Równanie fali wypadkowej

Jeżeli równania dwóch fal dane są wzorami:

y1=Acos(kx-ωt),

y2=Acos(kx-ωt+φ),

to równanie fali wypadkowej jest następujące:

y=y_1+y_2=2Acos \frac{\phi}{2}(kx-\omega t+\frac{\pi}{2})

Przykłady interferencji

Interferencja zachodzi wówczas, gdy różnica faz fal składowych jest stała w czasie. To tak zwane fale koherentne.

W przypadku światła interferencję łatwo uzyskać, ale będzie to temat odrębnego artykułu.

W przypadku fal dźwiękowych, podłączając do jednego generatora dźwięku dwa głośniki i odsuwając je od siebie zauważymy, że w przestrzeni wokół dźwięk będzie głośniejszy w jednych miejscach i cichy w innych. Idealnego wyciszenia nie uzyskamy z uwagi na odbicia fal w pomieszczeniu.

Interferencję można łatwo zaobserwować także na wodzie. Gdy fala dotrze do dwóch szczelin o szerokości zbliżonej do długości fali, szczeliny te zgodnie ze zasadą Huygensa staną się źródłem dwóch koherentnych fal. Fale ze sobą interferują. Można wówczas zaobserwować, jak w pewnych miejscach na wodzie fale się wygaszają, a w innych wzmacniają.

interferencja fal na wodzie
© MC Rendered Artwork - stock.adobe.com

Zastosowanie interferencji

Interferencja pozwala na precyzyjny pomiar odległości. Znajduje też szerokie zastosowanie w nauce, głównie optyce.

Dość duże znaczenie mają tak zwane fale stojące, które będą tematem osobnego artykułu.

Ciekawostki

Teoretycznie można sobie wyobrazić, że w miejscu hałasu można wygenerować sygnał dźwiękowy, będący w przeciwfazie i w ten sposób wytłumić ten hałas. Póki co, takie urządzenie jeszcze nie powstało.

Pytania

Pytania

Czy interferencja fal zachodzi także dla światła?

Tak. zjawisko interferencji występuje także w przypadku fal elektromagnetycznych, w tym dla światła. Interferencja zachodzi dla wszystkich fal, także dla fal materii.

Dlaczego dla dwóch koherentnych fal na wodzie lub dźwiękowych o fazach różniących się o 180° nie następuje wygaszenie w całej przestrzeni, a tylko w wybranych miejscach?

Jeżeli rozpatrujemy dany dowolny punkt ośrodka, do którego docierają fale składowe, to za każdym razem w zależności od położenia tego punktu, odległość od dwóch źródeł fali jest inna. Do każdego punktu ośrodka docierają więc fale o różnych fazach (bardziej lub mniej "spóźnione"). Dokładnie w tych miejscach w których docierają fale o różnicy faz 180° następuje wygaszenie, a w innych wzmocnienie. Wynika to z geometrii przestrzeni. Całkowite wygaszenie w całym ośrodku jest możliwe w przypadku ośrodka liniowego. Na powierzchni i w przestrzeni wygaszenie fal następuje w określonych kierunkach.




© medianauka.pl, 2021-08-28, ART-4155

 

Dudnienie

Dudnienie

Dudnienie jest to zjawisko związane z interferencją fal o zbliżonych częstotliwościach, w wyniku czego okresowo zmienia się amplituda drgań lub fali.

Fala stojąca

Fala stojąca

Fala stojąca jest to zjawisko występujące w ruchu falowym, gdy interferują ze sobą fale o takiej samej amplitudzie, częstotliwości (tym samym długości fali), jeśli rozchodzą się w przeciwnych kierunkach.

Dyfrakcja

Dyfrakcja

Dyfrakcja jest to zjawisko ugięcia się fal podczas ich rozchodzenia się w niejednorodnym środowisku, na przykład podczas napotkania przez fale przeszkody lub otworu.

Odbicie i załamanie fali

Odbicie i załamanie fali

Gdy fala mechaniczna napotka na swojej drodze inny ośrodek materialny, który ma inne właściwości sprężyste, gęstość, dochodzi wówczas do zjawiska odbicia i załamania fali (refrakcji) na granicy tych ośrodków.








Polecamy w naszym sklepie

FUNDAMENTALNIE. TAK FIZYKA KWANTOWA I FIZYKA FIZYKA CZĄSTEK ELEMENTARNYCH WYJAŚNIA WSZYSTKO (OPRÓCZ GRAWITACJI)
Atlas gwiazd
Czarnobyl i Fukushima
Matematyka a fizyka
Masa
Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© ® Media Nauka 2008-2021 r.