Інтерференція хвиль

До числа явищ, характерних для хвильових процесів, відноситься інтерференція хвиль, що полягає в тому, що при взаємному накладанні двох хвиль може відбуватися посилення та ослаблення коливань.

Щоб ознайомитися з цим явищем, розглянемо, що відбудеться, якщо в деяку точку простору будуть приходити хвилі однакової довжини.

Поспостерігаємо це явище на прикладі хвиль, що поширюються на поверхні води. Будемо безперервно створювати хвилі на її поверхні в двох якихось точках. Для цього в безпосередній близькості до поверхні води помістимо кінці двох зволікань, прироблених до пружної металевої платівці. При коливанні пластинки кінці дротиків будуть періодично занурюватися у воду, і порушувати коливання, що розповсюджуються у вигляді хвиль рівної довжини по її поверхні. Кожна з зволікань збуджує свою систему хвиль. Дві хвильові системи, накладаючись одна на іншу, будуть взаємодіяти, а значить, буде відбуватися інтерференція хвиль.

Важливо, щоб дві хвильові системи були узгоджені, т. Е. Щоб при однаковій довжині вони виходили з центрів коливання в однакових фазах, або, якщо вони при виникненні зрушені по фазі (наприклад, виникли в протилежних фазах), то зсув по фазі з часом не повинен змінюватися. Такі хвилі називають когерентними. У даному досвіді когерентність забезпечена тим, що обидва кінці дроту періодично торкаються поверхні води одночасно - хвилі залишають центри коливання в однакових фазах.

Побудуємо картину накладення двох систем когерентних хвиль. Суцільними колами позначимо гребені кільцевих хвиль, що поширюються по поверхні води від джерел, а пунктиром - западини. Точки, де зустрічаються хвилі обох систем в однакових фазах, западина з западиною і гребінь з гребенем, - точки посилених коливань (максимуми). Точки ж ослаблених коливань (мінімуми), розташовані в місцях, де зустрічається западина однієї хвилі з гребенем інший. При наявності когерентності хвиль картина чергування максимумів і мінімумів буде стійкою. Справді, якщо в даний момент в якій-небудь точці зустрічаються, гребінь з гребенем, то через полперіода там же зустрінуться западина з западиною, а ще через полперіода знову гребінь з гребенем і т.д., тобто в даній точці весь час буде максимум коливань. Таке зміну мінімумів і максимумів амплітуд коливань називають інтерференційної картиною. А явище накладення хвиль, що утворить інтерференційну картину, що називається інтерференція хвиль.

Для вирішення питання про те, в яких фазах зустрінуться в даній точці интерферирующие хвилі, потрібно врахувати різницю їх ходу. Для цього достатньо порахувати число хвиль відповідної системи, що укладаються на відстанях між важливими нас точками максимумів і мінімумів і центрами коливань. Ми побачимо, що максимуми будуть в тих точках, які або перебувають на однакових відстанях від обох центрів, або в точках, де різниця ходу відповідає четному кількістю півхвиль, в той час як мінімуми - непарному числу.

На прикладі даного досвіду ми розглянули таке явище як інтерференція механічних хвиль.

Тим не менш, явище інтерференції властиво не тільки хвилях, що виникають на поверхні води, але і всім видам хвиль: звуковим, електромагнітним та іншим. Стало бути, якщо світло має хвильові властивості, то при накладенні двох його пучків виникне інтерференція світлових хвиль.

Джерела, що випускають такі хвилі, називають когерентним. В оптиці когерентні джерела можна створити тільки штучно.

Не слід забувати, що інтерференція хвиль (будь-яких, в тому числі і світлових) виникає тільки тоді, коли хвилі, які взаємодіють, мають однаковою частотою і не залежних від часу зсувом фаз у всякій точці.