Interferencija - što je to? Što je smetnje i difrakcija?

Ovaj članak se bavi takvim fenomenom fizike kao interferencijom: što je to, kada se javlja i kako se primjenjuje. Također, detaljno je opisan i povezani koncept valne fizike - difrakcija.

Vrste valova

Kad se riječ "val" pojavi u knjizi ili u razgovoru, onda se, u pravilu, odmah pojavljuje more: plavi prostor, neizmjerna udaljenost, jedan za drugim na obali, prelaze soli. Stanovnik stepa zamislit će drugačiju vrstu: ogromnu širinu trave, mašući pod laganim povjetarcem. Netko će se sjetiti valova, proučavajući nabore teške zavjese ili zapečati zalazak sunčanom danu. Matematičar će razmišljati o sinusoidu, radio ljubavniku - o elektromagnetskim oscilacijama. Svi imaju različite prirode i pripadaju različitim vrstama. No jedna stvar je neupitna: val je stanje odstupanja od ravnoteže, transformacija nekog "glatkog" zakona u oscilirajuće. Za njih je takav fenomen kao smetnje primjenjiv. Što je i kako se javlja, razmotrit ćemo kasnije. Prvo ćemo shvatiti kakvi su valovi. Navodimo sljedeće vrste:

• mehanički;
• kemijski;
• elektromagnetski;
• gravitacije;
• spin one;
• vjerojatnosti.

U smislu fizike, valovi prenose energiju. No događa se da se masa također kreće. Odgovarajući na pitanje o tome što je smetnja u fizici, valja napomenuti da je karakteristično za valove apsolutno bilo koje prirode.

Znakovi razlike između valova

Čudno kako se čini, nema niti jedne definicije vala. Njihove su vrste tako raznovrsne da su samo klasifikacijske vrste više od desetak. Koje su prepoznatljive značajke valova?

1. Na način propagiranja u mediju (trčanje ili stajanje).
2. Po prirodi samog vala (vibracijski i solitoni različiti su upravo od ove značajke).
3. Po vrsti distribucije u mediju (uzdužno, poprečno).
4. Po stupnju linearnosti (linearni ili nelinearni).
5. Prema svojstvima medija u kojem propagiraju (diskretno, kontinuirano).
6. Prema obliku (ravna, sferna, spirala).
7. Značajkama fizičkog medija propagacije (mehanički, elektromagnetski, gravitacijski).
8. U smjeru vibracija čestica medija (kompresijske ili smicajne valove).
9. U vremenu koje je potrebno uzbuditi medij (single, monokromatski, valni paket).

Interferencija je primjenjiva na bilo koju vrstu tih medijskih perturbacija. Ono što je posebno sadržano u ovom konceptu i zašto taj fenomen čini naš svijet upravo ono što jest, mi ćemo reći nakon prilagodbe karakteristika vala.

Svojstva vala

Bez obzira na vrstu i tip valova, svi imaju zajedničke karakteristike. Evo popisa:

1. Češalj je vrsta maksimuma. Za kompresijske valove ovo je mjesto najveće gustoće medija. Ona predstavlja najveće pozitivno odstupanje oscilacije od stanja ravnoteže.
2. Loža (u nekim slučajevima dolina) je obrnuti koncept vrha. Minimalno, najveće negativno odstupanje od ravnotežnog stanja.
3. Vremensko razdoblje ili frekvencija - vrijeme je za koje val prelazi od maksimuma do sljedećeg.
4. Prostorna periodičnost ili valna duljina je udaljenost između susjednih vrhova.
5. Amplituda je visina vrhova. To je ta definicija koja će biti potrebna da se shvati što je uplitanje valova.

Detaljno smo ispitali val, njegove karakteristike i različite klasifikacije, jer koncept "interferencije" ne može se objasniti bez jasnog razumijevanja takvog fenomena kao i poremećaja okoliša. Podsjećamo vas da smetnje imaju smisla samo za valove.

Interakcija valova

Sada se približavamo pojmu "smetnji": što je to, kada se pojavljuje i kako ga definirati. Svi gore navedeni tipovi, tipovi i karakteristike valova pripadaju idealnom slučaju. To su bili opisi "sfernog konja u vakuumu", to jest, neke teorijske konstrukcije koje su nemoguće u stvarnom svijetu. No, u praksi, sav prostor oko njega prožima različitim valovima. Svjetlost, zvuk, toplina, radio, kemijski procesi su periodičke fluktuacije okoliš. I svi ti valovi djeluju u interakciji. Treba primijetiti jednu osobinu: da mogu utjecati jedni na druge, trebaju imati slične karakteristike.

Valovi zvuka ni na koji način ne mogu ometati svjetlost, a radio valovi ne utječu na vjetar. Naravno, utjecaj je još uvijek tamo, ali je toliko mali da se njezin učinak jednostavno ne uzima u obzir. Drugim riječima, pri objašnjavanju svjetlosnih interferencija, pretpostavlja se da jedan foton utječe na drugi tijekom susreta. Dakle, detaljnije.

interferencija

Za mnoge vrste valova, djeluje princip nadređenosti: oni se susreću na jednoj točki u prostoru, međusobno djeluju. Razmjena energije označena je promjenom amplitude. Zakon o interakciji je kako slijedi: ako postoje na istom mjestu dva maksimuma, završni val maksimalnog intenziteta povećava ako postoje pogodan za dvije ili maksimalno i minimalno, ukupna amplituda nestaje. Ovo je očigledan odgovor na pitanje o tome što je uplitanje svjetla i zvuka. Zapravo, ovaj fenomen se preklapa.

Interferencija valova različitih svojstava

Gore opisani događaj predstavlja susret dvaju identičnih valova u linearnom prostoru. Međutim, dva suprotna vala mogu imati različite frekvencije, amplitude i duljine. Kako predstaviti konačnu sliku u ovom slučaju? Odgovor leži u činjenici da rezultat neće biti baš poput vala. To je stroga naredba od sukcesije uspona i padova će biti povrijeđen: u nekim točka maksimalne amplitude će biti sljedeći - već manji onda zadovoljiti maksimalni i minimalni i rezultat nestaje. Međutim, bez obzira koliko su jake razlike između dva vala, amplituda će se ponavljati prije ili kasnije. U matematici, govoriti o beskonačnosti, ali u stvarnosti su sile trenja i inerciju može ponovno stati na postojanje rezultira samog vala pred slikom vrhova, dolinama i ravnicama.

Interferencija valova koja se događaju pod kutom

No, osim vlastitih karakteristika, stvarne se pozicije mogu razlikovati u položaju u prostoru. Na primjer, kada se razmatra pitanje što je smetnje zvuka, to se mora uzeti u obzir. Zamislite: dječak dolazi i puše u zviždaljku. Ispred njega šalje zvučni val. I pored njega, još jedan dječak vozi bicikl i zvoni na zvono, tako da se pješačka staza odmakne. Na mjestu susreta tih dvaju zvučnih valova, oni se presijecaju pod nekim kutem. Kako izračunati amplitudu i oblik konačne fluktuacije zraka, koji će letjeti, primjerice, do najbliže prodajne sume Mase bake? Ovdje vektorska komponenta zvučnog vala stupi na snagu. I dodajte ili oduzmite u ovom slučaju ne samo veličinu amplitude, nego i propagirajuće vektore tih oscilacija. Nadamo se da će Mashaina baka ne glasno vrištati kod bučnih momaka.

Interferencija svjetla s različitim polarizacijom

Također se događa da se fotoni različitih polarizacija susreću na istoj točki. U tom slučaju, također je potrebno uzeti u obzir komponentu vektora elektromagnetskih oscilacija. Ako nisu međusobno okomite ili jedna od svjetlosnih zraka ima kružnu ili eliptičnu polarizaciju, tada je interakcija sasvim moguća. Na ovaj princip su konstruirane nekoliko metoda za određivanje optičke čistoće kristala: ne bi trebalo postojati interakcija u okomito polariziranim gredama. Ako je slika iskrivljena, onda kristal nije idealan, mijenja polarizaciju greda, što znači da nije ispravno uzgojeno.

Interferencija i difrakcija

Interakcija dviju svjetlosnih zraka dovodi do njihove smetnje, pa je promatrač vidio niz svjetlosnih (maxima) i tamnih (minima) vrpci ili prstenova. Ali interakcija svjetlosti i tvari prati još jedan fenomen - difrakcija. Temelji se na činjenici da svjetlost različitih valnih duljina inače obara medij. Na primjer, ako je valna duljina od 300 nanometara, kut devijacija je 10 stupnjeva i 500 nanometara IF - je 12. Dakle, kad je prizma izrađen od kvarcnog svjetlo pada na solarne zrake se lomi ne kao crvena kao ljubičasta (njihove valne duljine razlikuju) , a promatrač vidi dugu. Ovo je odgovor na pitanje o tome što je smetnje i difrakcija svjetla i kako se razlikuju. Ako odašiljemo monokromatsko zračenje od lasera do istog prizma, neće biti duge jer nema fotona različitih valnih duljina. Jednostavno će snop svjetlosti odstupati od izvornog smjera propagiranja do nekog kuta, to je sve.

Primjena fenomena smetnji u praksi

Postoji mnogo mogućnosti da se iskoristi praktična korist od ovog čisto teorijskog fenomena. Ovdje će biti navedene samo glavne:

1. Istraživanje kvalitete kristala. Malo prije smo razgovarali o ovome.
2. Identifikacija pogrešaka objektiva. Često ih treba polirati u idealnom sferičnom obliku. Prisutnost bilo kakvih nedostataka otkriva se uz pomoć smetnji.
3. Određivanje debljine sloja. U nekim vrstama proizvodnje, jako znači stalna debljina sloja, na primjer plastike. Utvrditi njegovu kvalitetu omogućuje upravo fenomen interferencije, zajedno s difrakcijom.
4. Optička prosvjetiteljstva. Naočale, leće fotoaparata i mikroskopi pokriveni su tankim filmom. Tako se elektromagnetski valovi određene dužine jednostavno reflektiraju i preklapaju na sebe, smanjujući smetnje. Najčešće, prosvjetljenje se obavlja u zelenom dijelu optičkog spektra, budući da je ovo područje koje ljudsko oko najbolje percipira.
5. Istražujući kozmos. Poznavajući zakone ometanja, astronomi su u mogućnosti podijeliti spektar dviju blisko udaljenih zvijezda i odrediti njihove kompozicije i udaljenost do Zemlje.
6. Teorijska istraživanja. Jednom je uz pomoć fenomena smetnji bilo moguće dokazati valnu prirodu elementarnih čestica, poput elektrona i protona. To je potvrdilo hipotezu dvosmislenog korpuskularnog vala mikro-svijeta i položilo temelje za kvantno doba.

Nadamo se da se ovim znanjem znatno proširuje vaše znanje o nametanju koherentnih (emitiranih od strane izvora koji imaju konstantnu faznu razliku i istu frekvenciju). Taj se fenomen zove smetnja.