Наложение волн друг на друга называется

Интерференция, виды, принцип работы, применение

«Интерференция — это явление, при котором два или более волн, идущих от разных источников, могут взаимодействовать друг с другом, создавая эффект усиления или ослабления волн в зависимости от разности их фаз. «

Содержание

1. История открытия

2. Принцип работы

3. Виды интерференции

• Света
• Звука
• Воды
• Электромагнитных волн

4. Применение интерференции

• В оптике
• В физике
• В современных технологиях

История открытия

Явление интерференции было впервые описано в 1801 году Томасом Юнгом, британским врачом и физиком, известным как “отец волновой теории света”.

Ученый провел ряд экспериментов, в которых наблюдал интерференцию света, проходящего через две узкие щели. Он обнаружил, что когда свет проходил через эти две щели, возникали яркие и темные полосы на экране, расположенном за щелями. Это показало, что свет ведет себя как волна и может интерферировать с самим собой.

Юнг также провел эксперимент с двойной щелью, который стал классическим примером интерференции. В этом эксперименте свет от источника проходит через две узкие параллельные щели, и результирующая картина интенсивности света регистрируется на экране.

Наблюдаемая картина представляет собой чередующиеся светлые и темные полосы, которые являются результатом сложения и вычитания волн света, исходящих от каждой щели.

Позднее, в 19 веке, предположение Юнга о волновой природе света было подтверждено опытами Огюстена Френеля и Жана Батиста Фурье, которые провели эксперименты с интерференцией света и воды, подтвердив волновую теорию света.

В дальнейшем интерференция была также обнаружена для других видов волн, таких как звуковые волны и электронные волны, расширяя область применения этого явления.

Принцип работы интерференции

Чтобы понять, как происходит интерференция, рассмотрим две волны, идущие от двух разных источников. Каждая волна имеет:

• свою амплитуду (высоту),
• и фазу (фазовое смещение).

Амплитуда волны определяет ее интенсивность, а фаза определяет, где волна находится в определенный момент времени.

Когда две волны достигают точки пересечения, они начинают взаимодействовать друг с другом. Если волны имеют одинаковую фазу, то они усиливают друг друга и создают более интенсивную волну. Если же волны имеют разные фазы, то они ослабляют друг друга и образуют менее интенсивную волну или даже исчезают.

При интерференции света в радуге, например, каждая волна света, исходящая от Солнца, имеет свою собственную длину волны и фазовое смещение. Когда эти волны проходят через призму, они разделяются на разные цвета, которые затем интерферируют друг с другом в разных точках на поверхности воды. Это создает эффект разноцветных полос и цветов на воде, который мы видим как радугу.

В акустических системах интерференция также играет важную роль. Например, в динамиках используются две звуковые волны, одна из которых исходит от динамика, а другая — от преобразователя. Когда две волны достигают точки пересечения, они интерферируют и создают звуковые колебания в воздухе. Эти колебания затем передаются на слушателя, создавая звук.

Виды интерференции

Интерференция — это явление, которое возникает при взаимодействии двух или более волн. В зависимости от типа волн и условий их взаимодействия, интерференция может иметь различные виды. Некоторые из них:

Интерференция света

Это явление, при котором свет от нескольких источников (например, от двух лазеров) взаимодействует и создает интерференционную картину на экране или другом объекте. Интерференционная картина может быть когерентной или некогерентной, в зависимости от того, как были сгенерированы источники света.

Одним из наиболее известных явлений интерференции света является интерференция в тонких пленках. Если две волны проходят через тонкую пленку, то они подвергаются отражению и преломлению на границах раздела между пленкой и окружающей средой. Это приводит к тому, что волны смешиваются друг с другом и могут создавать интерференционную картину.

Кроме того, интерференция света может использоваться для создания различных оптических устройств, таких как интерференционные фильтры, спектроскопы и интерферометры. Эти устройства используются во многих областях науки и техники, включая оптику, электронику, медицину и другие.

Интерференция звука

Это явление, при котором звуковые волны от двух или более источников взаимодействуют и создают интерференционную картину. Например, когда два звуковых источника (например, два микрофона) находятся рядом, можно услышать интерференционные эффекты, такие как усиление или ослабление звука.

Интерференция может быть использована для создания различных звуковых эффектов, таких как усиление или ослабление звука, создание звуковых рисунков, изменение высоты звука и т.д. Например, при использовании интерференции звука для создания звуковых рисунков, звуковые волны могут быть направлены в определенном направлении, чтобы создать определенные звуковые эффекты.

Одной из основных причин интерференции является то, что звуковые волны являются колебаниями давления воздуха. Когда две волны накладываются, давление воздуха может усиливаться или ослабляться в зависимости от фазы каждой волны. Если фазы двух волн совпадают, то давление воздуха будет усиливаться, а если фазы противоположны, то давление будет ослабляться.

Для создания интерферирующих звуковых волн используются различные методы, например, звуковые резонаторы, звуковые фильтры, звуковые генераторы и т.д. Один из наиболее распространенных методов — использование звуковых резонаторов, которые представляют собой специальные устройства, которые усиливают определенную частоту звука.

В целом, интерференция звука — это очень интересное и полезное явление, которое может быть использовано для создания различных звуковых эффектов и звуковых систем.

Интерференция волн на воде

Это явление, возникающее при взаимодействии волн на поверхности воды. Это может привести к образованию волн-убийц, которые могут быть опасными для судоходства и навигации.

Когда две волны накладываются друг на друга, они могут создавать интерференционные полосы на поверхности воды. Эти полосы могут иметь различные формы и размеры в зависимости от частоты и амплитуды волн.

Например, если две волны имеют одинаковую частоту и амплитуду, то они будут создавать интерференционную полосу, которая будет иметь форму линии. Если же волны имеют различную частоту и амплитуду, то полосы могут быть более сложными и иметь различные формы.

Интерференционные полосы могут использоваться для измерения частоты и амплитуды волн на поверхности воды, а также для определения направления распространения волн. Кроме того, интерференционные эффекты могут использоваться в оптических системах для создания различных эффектов, таких как голограммы и дифракционные решетки.

Интерференция электромагнитных волн

Это явление, происходящее при взаимодействии электромагнитных волн от нескольких источников. Это может приводить к различным эффектам, таким как усиление или подавление сигнала, изменение фазы и т.д.

Интерференция может быть вызвана различными причинами, например, отражением волн от поверхности, преломлением света при прохождении через призму, или взаимодействием двух антенн, работающих на одной частоте.

Когда две волны накладываются, они могут создавать усиливающие или ослабляющие эффекты, в зависимости от того, как они фазируются друг с другом. Если волны имеют одинаковую фазу, они усиливают друг друга, создавая более интенсивную волну. Если же фазы разные, то волны ослабляют друг друга.

В электромагнитной интерференции, если две волны имеют одинаковый период, они называются когерентными волнами. Когерентные волны могут создавать интерференционные максимумы и минимумы, которые можно наблюдать с помощью интерференционной картины.

Например, если две когерентные электромагнитные волны проходят через отверстие, то на экране за отверстием будет видна интерференционная картина. В этой картине можно увидеть светлые и темные полосы, которые зависят от разности фаз между двумя волнами.

Таким образом, интерференция является важным явлением в электромагнитных волнах, которое может быть использовано для создания различных устройств и приборов, таких как интерференционные фильтры, оптические элементы и т.д.

Применение интерференции

В оптике

Интерференция в оптике используется для создания интерференционных картин, которые могут быть использованы для различных приложений, таких как:

• Оптические фильтры. Позволяет создавать узкие полосы пропускания в спектре света, что может быть использовано для фильтрации света от нежелательных длин волн, например, для устранения помех или для выделения определенных длин волн.
• Интерферометры. Такие приборы могут использоваться для измерения расстояний, скоростей и углов. Они также могут быть использованы в качестве оптических датчиков для обнаружения изменений в оптической среде.
• Оптическая обработка. Использоваться для создания оптических элементов, таких как линзы, призмы и зеркала, которые могут изменять направление света и изменять его интенсивность.

• Лазеры. Используется для создания когерентного света, который может быть использован для создания яркого света или для обработки материалов.
• Оптика для микроскопии. Можно использовать для получения изображений с высоким разрешением, которые могут помочь в изучении структуры клеток и тканей.
• Оптика для литографии. В производстве полупроводников и других электронных устройств. Может быть использована для создания тонких линий и структур, которые необходимы для создания более сложных схем.

В физике

В физике интерференция имеет множество применений, включая:

• Интерференционные фильтры: эти устройства используются для разделения света на различные цвета путем пропускания только тех длин волн, которые соответствуют определенному максимуму.
• Оптические приборы: устройства, такие как интерферометры, используются для измерения расстояний, скорости движения объектов и других физических параметров.

• Акустика: интерференция звуковых волн используется в музыкальных инструментах и системах звукоусиления для создания сложных звуковых эффектов.
• Квантовая физика: является ключевым понятием в квантовой механике, где она используется для объяснения многих явлений, таких как интерференционная картина от двух щелей, дифракция Френеля и другие.

В современных технологиях

Интерференция является одним из ключевых принципов в современных технологиях, таких как:

• Оптическая связь — используется для создания оптических каналов связи между удаленными точками, что позволяет передавать информацию на большие расстояния с высокой скоростью и точностью.
• Лазерная хирургия — интерференционные лазеры используются для разрушения тканей в медицине, что помогает лечить различные заболевания и опухоли.
• Оптические дисплеи — интерференционная технология используется для создания высококачественных дисплеев, которые обеспечивают высокую яркость и контрастность изображения.

• Оптическая запись — интерференционный метод записи данных на оптические диски позволяет хранить большие объемы информации на компактных носителях.
• Оптическое измерение — интерферометры используются для измерения различных параметров, таких как длина волны света, скорость распространения света и др.
• Оптический контроль — интерференционное оборудование используется для контроля качества материалов и изделий в различных отраслях промышленности.
• Оптическая микроскопия — интерференционные методы позволяют создавать высокоразрешающие изображения микроскопических объектов, что расширяет возможности микроскопии.

Итерференция волн.

Явление интерференции возникает при наложении когерент­ных волн.

Когерентные волны — это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную раз­ность фаз, а колебания происходят в одной плоскости.

Результат суперпозиции волн зависит от того, в каких фазах накладываются друг на друга колебания.

Если волны от источников А и Б придут в точку С в одинаковых фазах, то произойдет усиление колебаний; если же — в про­тивоположных фазах, то наблюдается ослабление колебаний.

Постоянное во времени явление взаимного усиления и ослаб­ления колебаний в разных точках среды в результате наложения когерентных волн называется интерференцией. В результате в пространстве образуется устойчивая картина чередования об­ластей усиленных и ослабленных колебаний.

Условиe максимума

Для двух когерентных волн можно написать пропорцию: .

Если колебания вибраторов А и Б совпадают по фазе и име­ют равные амплитуды, то , где k =0, 1, 2, .

Если разность хода волн равна целому числу волн (т. е. четному числу по­луволн), то в точке наложения этих волн образуется интерференционный максимум.

Условие минимума

Если волны от вибраторов А и Б придут в точку С в противофазе, то они по­гасят друг друга: А=0. Тогда . Следовательно,

Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн, то в точке наложения этих волн образуется интерференционный минимум.

Если разность хода не определяется данными соотношениями, то наблюдается промежуточный результат: 0.

Распределение энергии при интерференции.

Наличие минимума в точке С означает: энергия W сюда не поступает.

Наличие максимума в точке С означает: происходит увеличе­ние за счет перераспределения энергии в пространстве. Так как энергия пропорциональна квадрату амплитуды, ТО при увели­чении амплитуды в 2 раза энергия увеличивается в 4 раза. Это означает, что в точку С поступает энергия в 4 раза боль­ше энергии одного вибратора при условии: энергии вибраторов равны.

Интерференция присуща волнам любой природы (механиче­ским, электромагнитным).

Стоячие волны

Если раскачивать один конец веревки с правильно подобран­ной частотой (другой ее конец закреплен), то к закрепленному концу побежит непрерывная волна, которая затем отразится с потерей полуволны. Интерференция падающей и отраженной волн приведет к возникновению стоячей волны, которая выгля­дит неподвижной.

Устойчивость стоячей волны удовлетворяет следующему условию: где L —длина веревки; n =1, 2, 3 и т.д.; v —скорость распро­странения волны, которая зависит от натяжения веревки. Стоячие волны возбуждаются в любых телах, способных со­вершать колебания.

Образование стоячих волн является резонансным явлением, которое происходит на резонансных или собственных частотах тела.Точки, где интерференция гасится, называются узлами, а точки, где интерференция усиливается,— пучностями. Помимо поперечных стоячих волн существуют еще и продольные стоячие волны.

Физика. 11 класс

Импульс тела можно скомпенсировать импульсом, имеющим противоположное направление. А можно ли погасить свет светом? При каких условиях два световых пучка при наложении друг на друга образуют темные и светлые полосы? Как осуществить такой эксперимент?

Принцип суперпозиции электрических полей: напряженность электрического поля системы точечных зарядов q₁,q₂, . q_n в некоторой точке пространства равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых в этой точке каждым из этих зарядов по отдельности, причем поле каждого не зависит от полей других:

Рассмотрим процесс наложения световых волн длиной λ, возбуждаемых точечными источниками света S₁ и S₂ (рис. 83). В той области, где эти волны встречаются, происходит их наложение.

Так как световые волны имеют электромагнитную природу, для них так же, как и для электрических и магнитных полей, выполняется принцип суперпозиции (от лат. superposition — добавление). Согласно этому принципу колебания, вызванные волнами, складываются таким образом, что результирующее электромагнитное поле равно векторной сумме полей, созданных каждой из них: . При этом каждая из волн распространяется независимо от другой. В области, где волны перекрываются, возникает достаточно сложная картина (см. рис. 84). Однако, выйдя из этой области, волны распространяются так, как будто они свободно «проходят друг сквозь друга» и при этом никак не взаимодействуют между собой.

Если в точку P от монохроматических источников частотой ω пришли две волны, прошедшие разные расстояния d₁ и d₂ (рис. 84), то разность расстояний Δd = d₂ − d₁ называют разностью хода. Поскольку при разности хода Δd = λ разность фаз Δφ = 2π, то можно составить пропорцию . Из этого соотношения находим:

Следовательно, разность фаз Δφ определяется разностью хода Δd.
Волны одинаковых частот, разность фаз колебаний которых в каждой точке пространства не изменяется с течением времени, называются когерентными (когерентность от латинского слова cohaerens — связанный, сцепленный). Соответственно, свойство, характеризующее согласованность протекания в пространстве и времени нескольких колебательных или волновых процессов, называется когерентностью.

Предположим, что приходящие волны будут иметь в точке P напряженности электрического поля:

где E₀₁, E₀₂—амплитуды, α₁, α₂— начальные фазы колебаний каждой из волн в точке P.

Напряженность результирующего электрического поля согласно принципу суперпозиции в данной точке в любой момент времени равна векторной сумме напряженностей каждой волны по отдельности:

Если разность хода волн от источников S₁ и S₂ и кратна длине волны Δd = mλ, (m = 0, 1, 2, . ), то , и колебания, возбуждаемые волнами в точке C (рис. 85, а), происходят в одинаковой фазе. При этом гребень одной волны накладывается на гребень другой.

Соответственно, амплитуда результирующего колебания в точке C равна сумме амплитуд накладывающихся волн и оказывается максимальной (рис. 86)

Если же разность хода волн в точке D (рис. 85, б) равна нечетному числу полуволн , (m=0, 1, 2, . ) , то , и колебания происходят в противофазе. При этом гребень одной волны накладывается на впадину другой.

Таким образом, в этом случае амплитуда результирующего колебания равна модулю разности амплитуд накладывающихся волн и оказывается минимальной (рис. 87):

Заметим, что во всех других точках амплитуда А результирующего колебания имеет промежуточное значение:

Приемники излучения фиксируют не саму световую волну, а энергию, принесенную волной в данную область пространства. Параметром, характеризующим эту энергию, является интенсивность световой волны, которая обозначается латинской буквой I.

Согласно теории электромагнетизма интенсивность электромагнитной волны прямо пропорциональна квадрату амплитуды вектора напряженности ее электрического поля Символ означает усреднение по времени. Аналогичное усреднение можно сделать и для вектора индукции магнитного поля
Исходя из соотношений (4) и (5), видно, что т. е. интенсивность результирующей волны не равна сумме интенсивностей исходных волн. Это означает, что волны интерферируют друг с другом.

Вследствие зависимости разности фаз (1) от точки наблюдения, в пространстве получается сложная картина распределения интенсивности результирующей волны. Устойчивое во времени распределение амплитуд колебаний в пространстве при интерференции называется интерференционной картиной.

Таким образом, интерференция (от лат. inter — взаимно, между собой и ferio — ударяю, поражаю) — явление возникновения устойчивой во времени картины чередующихся максимумов и
минимумов амплитуд результирующей волны при сложении двух (или нескольких) когерентных волн.
Подчеркнем, что закономерности интерференции справедливы для волн любой природы (рис. 88) (электромагнитных, звуковых, волн на поверхности воды и т. д.), т. е. носят универсальный характер.
При рассмотрении интерференции света (электромагнитных волн) следует учесть, что длина волны света в веществе изменяется в зависимости от показателя преломления вещества. Если одна волна распространяется в веществе с показателем преломления n₁, а другая — с показателем преломления n₂, то разность фаз колебаний:

Здесь δ — оптическая разность хода волн от источников до точки наблюдения, а величина nd — оптическая длина пути. Эта величина определяется расстояниями d₁ и d₂ , пройденными световыми волнами с учетом их различных модулей скоростей v₂ и v₁ распространения в этих средах с показателями преломления n₁ и n₂ .

Таким образом, если оптическая разность хода (7) равна целому числу длин волн в вакууме, то условие максимума интерференции:

Волны приходят в точку P (см. рис. 85) синфазно, поскольку разность фаз в этом случае кратна 2π: .

Если оптическая разность хода (7) равна нечетному числу полуволн, то условие минимума интерференции:

Волны приходят в точку P в противофазе и разность фаз колебаний в этом случае равна:

Для наблюдения интерференции света необходимы когерентные источники, излучающие волны с постоянной во времени разностью фаз. Распространенные обычные источники света (лампы накаливания, лампы дневного света, свечи и т. д.) не являются когерентными. Для того чтобы можно было наблюдать от них интерференцию света, свет от одного и того же источника необходимо разделить на два пучка и затем свести их вместе.

Для получения интерференционной картины пользуются классической интерференционной схемой (схемой Юнга), где пучок света от небольшого отверстия A в экране разделяется на два когерентных пучка с помощью небольших отверстий B и C в следующем экране (рис. 89). Поскольку эти пучки созданы одним и тем же источником A, они являются когерентными. Поэтому на третьем экране в области DE перекрытия пучков наблюдается интерференционная картина.

Изобретение и распространение когерентных источников излучения — лазеров — сделало демонстрацию явления интерференции достаточно простой.

Наиболее известное проявление интерференции, с которым мы часто встречаемся в повседневной жизни — радужное окрашивание мыльных пузырей (рис. 90) или тонких пленок, бензина (нефти) на воде или асфальте. Радужные цвета возникают на этих пленках вследствие интерференции света, отраженного двумя поверхностями пленки.

Английский ученый Томас Юнг в 1801 г. провел классический эксперимент по интерференции света (см. рис. 89). Это позволило ему убедительно подтвердить волновую природу света и длину световой волны. Отметим еще один распространенный случай интерференции — сложение волн одинаковой частоты, распространявшихся в противоположных направлениях (например, падающей и отраженной волны), приводящие к образованию в пространстве устойчивой картины чередования максимумов амплитуды колебаний — «пучностей» и минимумов — «узлов» (рис. 91). Волна, возникающая в результате сложения двух волн одинаковой частоты, распространяющихся в противоположных направлениях, называется стоячей волной.

Наложение волн друг на друга называется

Что называется интерференцией волн:

наложение когерентных волн

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН (от лат. inter — взаимно, между собой и ferio — ударяю, поражаю) — взаимное усиление или ослабление двух (или большего числа) волн при их наложении друг на друга при одноврем. распространении в пространстве. Обычно под интерференц. эффектом понимается отличие результирующей интенсивности волнового поля от суммы интенсивностей исходных волн. И. в.- одно из осн. свойств волн любой природы (упругих, эл—магн., в т. ч. световых, и др.), и такие характерные волновые явления, как излучение, распространение и дифракция , тоже связаны с интерференцией.

Савельев И.В, т.2, стр. 126

В случае, когда колебания, обусловленные отдельными волнами в каждой из точек среды, обладают постоянной разностью фаз, волны называются когерентными. При сложении когерентных волн возникает явление интерференции, заключающееся в том, что колебания в одних точках усиливают, а в других точках ослабляют друг друга.

Интерференция волн — взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн , одновременно распространяющихся в пространстве. [1] Сопровождается чередованием максимумов и минимумов (пучностей) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.

Интерферировать могут все волны, однако устойчивая интерференционная картина будет наблюдаться только в том случае, если волны имеют одинаковую частоту и колебания в них не ортогональны . Интерференция может быть стационарной и нестационарной. Стационарную интерференционную картину могут давать только полностью когерентные волны . Например, две сферические волны на поверхности воды, распространяющиеся от двух когерентных точечных источников, при интерференции дадут результирующую волну, фронтом которой будет сфера.

При интерференции энергия волн перераспределяется в пространстве. [1] Это не противоречит закону сохранения энергии потому, что в среднем, для большой области пространства, энергия результирующей волны равна сумме энергий интерферирующих волн.

При наложении некогерентных волн средняя величина квадрата амплитуды результирующей волны равна сумме квадратов амплитуд накладывающихся волн. Энергия результирующих колебаний каждой точки среды равна сумме энергий ее колебаний, обусловленных всеми некогерентными волнами в отдельности.

Похожие публикации:

1. Витражи из пвх профиля гост
2. Как узнать r в физике
3. Как чертежной 2д аксонометрическую схему вентиляции
4. Поднять крышу в частном доме для второго этажа