Меню

Наложение волн как называется

Интерференция и дифракция

Интерференция и дифракция

Конструктивные помехи возникают, когда разность фаз между волнами кратна 2π, тогда как деструктивные помехи возникают, когда разность π, 3π, 5π и т. Д.

Дифракция относится к различным явлениям, которые возникают, когда волна сталкивается с препятствием. В классической физике явление дифракции описывается как видимое изгибание волн вокруг небольших препятствий и распространение волн мимо небольших отверстий.

· Помехи. Эффект, вызванный суперпозицией двух систем волн, например, искажение сигнала вещания из-за атмосферных или других воздействий.

· дифракция: разрушение электромагнитной волны при прохождении геометрической структуры (например, щели) с последующим восстановлением волны по интерференции.

Интерференция обычно относится к взаимодействию волн, которые коррелированы или когерентны друг с другом, либо потому, что они приходят от одного и того же источника, либо потому, что они имеют одинаковую (или почти одинаковую) частоту. Эффекты помех могут наблюдаться со всеми типами волн, включая световые, радио, акустические и поверхностные волны воды. В химии применение интерференции к свету наиболее актуально для изучения материи.

Принцип суперпозиции волн гласит, что, когда две или более волн падают на одну и ту же точку, полное смещение в этой точке равно векторной сумме смещений отдельных волн. Если гребень волны встречает гребень другой волны той же частоты в той же точке, то величина смещения является суммой отдельных величин; это известно, как конструктивное вмешательство. Если гребень одной волны встречает впадину другой волны, то величина смещений равна разнице в отдельных величинах; это известно, как разрушительное вмешательство.

Конструктивные помехи возникают, когда разность фаз между волнами кратна 2π, тогда как деструктивные помехи возникают, когда разность составляет π, 3π, 5π и т. Д. Если разность фаз является промежуточной между этими двумя крайностями, то величина смещение суммированных волн лежит между минимальным и максимальным значениями.

Рассмотрим, например, что происходит, когда два одинаковых камня сбрасывают в неподвижную лужу воды в разных местах. Каждый камень генерирует круговую волну, распространяющуюся наружу от точки падения камня. Когда две волны перекрываются, суммарное смещение в конкретной точке является суммой смещений отдельных волн. В некоторых точках они будут в фазе и приведут к максимальному смещению. В других местах волны будут в противофазе, и в этих точках не будет никакого чистого смещения. Таким образом, части поверхности будут стационарными.

дифракция

Эффекты дифракции часто наблюдаются в повседневной жизни. Наиболее яркими примерами дифракции являются те, которые включают свет; например, близко расположенные дорожки на CD или DVD действуют как дифракционная решетка, образуя знакомый узор радуги, наблюдаемый при взгляде на диск. Этот принцип может быть расширен, чтобы создать решетку со структурой, которая будет производить любую желаемую дифракционную картину; Голограмма на кредитной карте является примером. Дифракция в атмосфере от мелких частиц может привести к тому, что яркое кольцо будет видно вокруг источника яркого света, такого как солнце или луна. Тень твердого объекта, используя свет от компактного источника, показывает небольшие полосы около его краев. Все эти эффекты происходят потому, что свет распространяется как волна.

Ричард Фейнман сказал: «Никто никогда не мог удовлетворительно определить разницу между интерференцией и дифракцией. Это просто вопрос использования, и между ними нет особой, важной физической разницы».

Источник

Интерференция света

Световые волны – это распространение электромагнитных колебаний в пространстве. Однако, для объяснений таких явлений, как интерференция и дифракция, достаточно общих представлений о волновом характере распространения света, без учета электромагнитной природы этого процесса.

Читайте также:  Как называется дуга в упряжи лошади

Интерференция – это явление усиления или ослабления амплитуды результирующей волны в результате сложения когерентных волн.

Когерентность световых волн означает равенство частот и постоянную разность начальных фаз.

Излучение обычных (нелазерных) источников света представляют собой наложе­ние огромного числа несогласованных между собой цугов волн, т.е. беспорядочные некогерентные колебания, которые не могут интерферировать.

Последовательность цугов, излучаемых атомом какого-либо источника света.

Наблюдать интерференцию света от некогерентных источников можно, если раз­делить излучение на два или несколько пучков, а затем свести их вместе. Хотя в каждом из пучков за время наблюдения фазовые соотношения между цугами хаоти­чески изменяются эти изменения одинаковы в разных пучках. Интерференционная картина будет наблюдаться, если разность хода между пучками не превышает длины отдельного цуга.

Способы разделения волны от первичного источника на две когерентные между собой волны можно разбить на две группы: деление волнового фронта и деление амплитуды.

На рисунке приведены примеры нескольких интерференционных схем. Схемы(а-г) относятся к первой груп­пе. Во всех схемах излучение источника S попадает на экран по двум различным путям (плечам) интерференционной схемы, отмеченным на рисунках индексами 1 и 2.

Источник

Интерференция, дифракция и поляризация механических волн

Урок 20. Физика 11 класс ФГОС

Конспект урока «Интерференция, дифракция и поляризация механических волн»

Очень часто в среде одновременно распространяется не одна, а несколько различных волн. Так, например, если мы бросим в воду два камня, образовав тем самым две круговые волны. Однако посмотрите, каждая волна проходит сквозь другую и ведёт себя в дальнейшем так, как будто другой волны совсем не существовало.

Теперь посмотрим более внимательно, что происходит в местах, где волны накладываются одна на другую. Наблюдая волны на поверхности воды от двух брошенных в воду камней, можно заметить, что некоторые участки поверхности не возмущены, в других же местах возмущение усилилось. Если две волны встречаются в одном месте своими гребнями, то в этом месте возмущение поверхности воды усиливается. Если же, напротив, гребень одной волны встречается с впадиной другой, то поверхность воды не будет возмущена.

Вообще же в каждой точке среды колебания, вызванные двумя волнами, просто складываются.

Сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний частиц среды, называется интерференцией.

Выясним, при каких условиях наблюдается интерференция волн. Для этого будем непрерывно создавать волны на поверхности воды в двух каких-нибудь её точках. Для этого в непосредственной близости к поверхности воды поместим концы двух проволочек, приделанных к упругой металлической пластинке.

При колебании пластинки концы проволочек будут периодически погружаться в воду и возбуждать колебания, распространяющиеся в виде волн одинаковой длины по её поверхности. Каждая из проволочек возбуждает свою систему волн. Две системы волн, налагаясь одна на другую, будут взаимодействовать. В результате на поверхности воды возникает определённое, неизменное во времени распределение амплитуд колебаний, которое называют интерференционной картиной.

Для дальнейшего важно, чтобы две системы волн были согласованы, то есть чтобы при одинаковой длине они выходили из центров колебания в одинаковых фазах. Такие волны называются когерентными.

В данном опыте когерентность обеспечена тем, что оба конца проволоки периодически касаются поверхности воды одновременно — волны оставляют центры колебания в одинаковых фазах.

Читайте также:  Как называется шапочка у выпускников вуза

В любой точке на поверхности воды будут складываться колебания, вызванные двумя волнами. Однако результат сложения этих волн, приходящих в данную точку, зависит от разности фаз между ними. Для решения вопроса о том, в каких фазах встретятся в данной точке интерферирующие волны, нужно учесть разность хода этих волн. Пусть нас интересует результат наложения волн в точке, находящейся на расстоянии r1 от первого источника волн и на расстоянии r2 от второго источника.

Расстояние Δr = r2r1, называется разностью хода волн. Если источники волн колебались в одинаковых фазах, то при разности хода, равной целому числу длин волн или чётному числу полуволн, в данную точку волны будут приходить в одинаковых фазах и при сложении их в этой точке возникает усиление колебаний:

Если разность хода окажется равной нечётному числу полуволн, то волны от источников придут в эту точку в противоположных фазах и в ней произойдёт ослабление колебаний:

Когда мы с вами только начинали изучать волновое движение, мы говорили о том, что в процессе распространения волн происходит перенос энергии без переноса вещества. Возникает логичный вопрос, что происходит с этой энергией при гашении волн друг другом? Может быть, она превращается в другие формы, и в минимумах интерференционной картины выделяется тепло? Оказывается нет. Наличие минимума в данной точке интерференционной картины означает, что энергия сюда совсем не поступает. Вследствие интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве. Она не распределяется равномерно по всем частицам среды, а концентрируется в максимумах за счёт того, что в минимумы не поступает вовсе.

Ярким примером интерференции волн служит стоячая волна. Для её получения возьмём нить, один конец которой привязан к молоточку звонка, а к другому концу через блок подвешена маленькая гирька.

Частицы нити передают друг другу колебания от молоточка, и волна распространяется до блока, вызывая вынужденные колебания груза. Эти колебания порождают отражённую волну той же частоты. Таким образом, каждая точка нити участвует в двух колебаниях, которые приходят с разных сторон. Если изменять расстояние от молоточка до блока, то можно наблюдать, как при некоторых расстояниях возникают стоячие волны.

Стоячая волна — это вид волнового движения, происходящий без переноса энергии.

Такое название возникло потому, что при распространении таких волн нет перемещения фазы между колеблющимися точками, а некоторые из точек стоячей волны совсем не колеблются. Точки стоячей волны, которые не колеблются, называются узлами. Расстояние между соседними узлами составляет половину длины стоячей волны. А точки стоячей волны, амплитуды которых максимальны, называются пучностями.

Запишем уравнения прямой и обратной волны:

При наложении происходит сложение этих волн:

Упростим полученное выражение, вынеся общий множитель за скобки.

Далее воспользуемся формулой суммы синусов, знакомой вам из математики:

В силу чётности функции косинуса, а также помня о том, что отношение 2π/Т — это циклическая частота, получим уравнение стоячей волны:

Из него видно, что в каждой точке стоячей волны происходят колебания той же частоты, что и во встречных волнах. А амплитуда колебаний при возбуждении стоячей волны зависит от положения колеблющейся точки, то есть определяет амплитуду колебаний в некоторой точке с координатой х.

В точках, находящихся на расстоянии целого числа длин полуволн, колебания происходят с удвоенной амплитудой, то есть наблюдаются интерференционные максимумы или пучности стоячей волны.

Читайте также:  Как называется виноград на ветке

В точках же, находящихся на расстоянии нечётного числа четвертей волн, колебания вовсе не происходят. Здесь мы наблюдаем интерференционный минимум или узел.

В таблице приведено сравнение стоячей и бегущей волн:

Рассмотрим возбуждение стоячей волны в струне, закреплённой с двух концов. Очевидно, что точки закрепления будут являться узлами стоячей волны. Самая большая длина волны, возбуждаемая в струне, будет при условии, что её длина равна половине длины волны:

Такая длина волны соответствует самой низкой частоте, то есть основному музыкальному тону. Увеличивая частоту в целое число раз, мы можем получить первый, второй и так далее обертоны.

Частоты, при которых возникают стоячие волны, называются собственными или резонансными частотами.

Теперь давайте возьмём две одинаковые струны и поместим их на некотором расстоянии друг от друга одна под одной. Заставив нижнюю струну колебаться, мы заметим, как верхняя струна также начинает звучать. Это явление получило название акустического резонанса.

Таким образом, акустическим резонансом называется явление возрастания амплитуды звуковой волны в системе при приближении частоты источника, возбуждающего в ней колебания, к собственной частоте колебаний системы.

Теперь давайте проведём такой опыт. Получим в ванне на поверхности воды систему волн и ограничим их дальнейшее распространение отверстием, ширина которого в несколько раз больше длины волны. Не трудно увидеть, что за отверстием волны распространяются в области, ограниченной прямыми линиями, перпендикулярными к поверхности падающих волн. Только на сравнительно большом расстоянии от отверстия волны, слегка загибаясь, заходят за эти прямые.

Сузим ограничивающее отверстие до размера, меньшего длины волны падающих волн. Область за отверстием окажется заполненной круговыми волнами, как если бы в отверстии экрана находился источник волн — наблюдается дифракция волн.

Дифракцией называется явление огибания волнами препятствий, соизмеримых с длиной волны.

Это можно объяснить принципом Гюйгенса. Согласно ему каждая точка фронта (поверхности, достигнутой волной) является вторичным (то есть новым) источником сферических волн. Огибающая фронтов волн всех вторичных источников становится фронтом волны в следующий момент времени.

Явление дифракции, как и явление интерференции, присуще любому волновому процессу.

И рассмотрим ещё одно явление. Возьмём шнур, один конец которого прикрепим к стене. Возьмём верёвку, один конец которой закрепим к стене, и будем рукой создавать в ней колебания. Возбуждая колебания в шнуре мы видим, что колебания шнура происходят с разными амплитудами и в разных направлениях. Однако если его пропустить через узкую щель, то такая щель будет выделять из волны единственное направление колебаний, параллельное щели.

Теперь поставим на пути волны второй поляризатор с такой же щелью. Волна, выйдя из первой щели, свободно проходит через вторую, когда они параллельны. Если же повернуть вторую щель, перпендикулярно первой, то волна полностью гасится. Такую волну называют плоскополяризованной. То есть волна называется плоскополяризованной, если колебания во всех её точках происходят только в одной плоскости.

Прибор, превращающий неполяризованную волну в поляризованную, называют поляризатором. А прибор, позволяющий установить, поляризована или нет проходящая через него волна — анализатором.

Очевидно, что поляризация может происходить только в случае поперечных волн. Продольная волна не поляризуется.

Для закрепления материала решим с вами задачу. Разность хода двух когерентных волн с одинаковыми амплитудами равна 12 см, а длина волны — 8 см. Каков результат интерференции волн?

Источник

Adblock
detector