Interferenca - kaj je to? Kaj je motnja in difrakcija?

Ta članek obravnava tako fizični pojav kot vmešavanje: kaj je, ko se pojavi in ​​kako se uporablja. Prav tako je podrobno opisan povezan koncept talinske fizike - difrakcija.

Vrste valov

Ko se v knjigi ali v pogovoru prikaže beseda "val", se takoj pojavi morje: modri prostor, neizmerna razdalja, ena na drugi na obali, potekajo solni zvitki. Rezident v stopnicah si bo zamislil drugačno vrsto: veliko travo travi, maha pod nežnim vetričem. Nekdo drug bo zapomnil valove, preučil zložke težke zavese ali lahno zastajal zastavo na sončen dan. Matematik bo razmišljal o sinusu, radijskem ljubimcu - o elektromagnetnih nihanjih. Vsi imajo drugačno naravo in pripadajo različnim vrstam. Toda ena stvar je nesporna: val je stanje odstopanja od ravnovesja, preoblikovanje nekega "gladkega" zakona v oscilatorno. Za njih se uporablja takšen pojav kot poseg. Kaj je in kako se bo pojavilo, bomo kasneje razmislili. Najprej bomo razumeli, kakšni so valovi. Navedemo naslednje vrste:

• mehansko;
• kemični;
• elektromagnetni;
• gravitacijski;
• spin;
• Verjetnost.

V smislu fizike valovi prenašajo energijo. Ampak se zgodi, da se masa premika. Odgovarjanje na vprašanje o tem, kaj je v fiziki vplivalo, je treba opozoriti, da je značilen za valove absolutne narave.

Znaki razlike med valovi

Čudno, kot se morda zdi, ni ene definicije valovanja. Njihove vrste so tako raznolike, da so le tipi razvrstitve več kot ducat. Katere so značilnosti valov?

1. Z metodo razmnoževanja v mediju (teku ali stoji).
2. Po naravi samega vala (vibratorji in solitoni se natančno razlikujejo po tej funkciji).
3. Po vrsti porazdelitve v mediju (vzdolžna, prečna).
4. S stopnjo linearnosti (linearno ali nelinearno).
5. Z lastnostmi medija, v katerem se širijo (diskretne, neprekinjene).
6. Glede na obliko (ravna, sferična, spirala).
7. Z značilnostmi fizičnega medija razmnoževanja (mehanske, elektromagnetne, gravitacijske).
8. V smeri vibriranja delcev medija (kompresijski ali strižni valovi).
9. Do takrat, ko je potrebno vzbujati medij (enojni, monokromatični, valovni paket).

Motnje veljajo za vse vrste teh motenj v mediju. Posebno je v tem konceptu in zakaj ta pojav naredi naš svet točno tisto, kar je, bomo po prilagoditvi značilnosti valov povedali.

Wave značilnosti

Ne glede na vrsto in vrsto valov, imajo vsi skupne značilnosti. Tukaj je seznam:

1. Glavnik je neke vrste najvišji. Za kompresijske valove je to kraj največje gostote medija. Predstavlja največji pozitivni odklon nihanja iz stanja ravnotežja.
2. Loža (v nekaterih primerih dolina) je obratni koncept grebena. Najmanjše, največje negativno odstopanje od ravnovesnega stanja.
3. Časovna periodičnost ali frekvenca - je čas, za katerega val prehaja od enega najvišjega do drugega.
4. Prostorska periodičnost ali valovna dolžina je razdalja med sosednjimi vrhovi.
5. Amplituda je višina vrhov. To je definicija, ki bo potrebna za razumevanje, kakšna je motnja valovanja.

Podrobno smo preučili val, njegove značilnosti in različne razvrstitve, saj pojma "motenj" ni mogoče razložiti brez jasnega razumevanja takega pojava kot motenj v okolju. Spomnimo vas, da je motenje smiselno samo za valove.

Vpliv valov

Zdaj se približujemo pojmu "vmešavanje": kaj je, ko se pojavi in ​​kako ga opredeliti. Vsi zgoraj navedeni tipi, vrste in značilnosti valov spadajo v idealen primer. To so bili opisi "sferičnega konja v vakuumu", to je nekaj teoretičnih konstrukcij, ki v realnem svetu niso mogoče. Toda v praksi je ves prostor prežet z različnimi valovi. Svetloba, zvok, toplota, radio, kemični procesi so periodična nihanja okolje. In vsi ti valovi delujejo. Treba je omeniti eno od značilnosti: da bi lahko vplivali drug na drugega, imeti bi morali podobne značilnosti.

Valovi zvoka nikakor ne morejo ovirati svetlobe, radijski valovi pa ne delujejo z vetrom. Seveda je vpliv še vedno prisoten, vendar je tako majhen, da njegov učinek preprosto ni upoštevan. Z drugimi besedami, pri pojasnjevanju motenj svetlobe se predpostavlja, da en foton vpliva med drugim med srečanjem. Torej, bolj podrobno.

Motnje

Za mnoge vrste valov deluje načelo superpozicije: se srečujejo na eni točki v prostoru, medsebojno vplivajo. Izmenjava energije je označena s spremembo amplitude. Zakon interakcije je naslednji: če se v eni točki srečata dva maksimuma, se v končnem valu intenzivnost maksimuma podvoji - če pride do največjega in najmanjšega, potem nastala amplituda postane nula. To je očiten odgovor na vprašanje, kakšno je vmešavanje svetlobe in zvoka. Dejansko se ta pojav prekriva.

Vpliv valov z različnimi značilnostmi

Zgoraj opisani dogodek predstavlja srečanje dveh enakih valov v linearnem prostoru. Vendar pa sta lahko dve nasprotni valovi različni frekvenci, amplitude in dolžine. Kako predstaviti zadnjo sliko v tem primeru? Odgovor je v dejstvu, da rezultat ne bo ravno tako kot val. To je strog red nasledstva vzpone in padce bodo kršene: v bo neki točki maksimalne amplitude bo naslednji - že manjša nato izpolniti najvišja in najnižja in rezultat izgine. Vendar, ne glede na to, kako močne so razlike med obema valama, bo amplituda še vedno ponavljala prej ali slej. V matematiki, da govorimo o neskončnosti, vendar v resnici lahko sile trenja in vztrajnost spet ustaviti obstoj same izhaja val pred sliko od vrhov, dolinah in ravninah.

Vpliv valov, ki se pojavljajo pod kotom

Toda, poleg lastnih značilnosti, se lahko dejanske lege v položaju v prostoru razlikujejo. Na primer, pri obravnavanju vprašanja, kaj je vmešavanje zvoka, je to treba upoštevati. Predstavljajte si: fant prihaja in piha v piščalko. Pred njim je poslal zvočni val. In mimo njega še en fant vozi kolo in zvoni na zvonec, tako da pešec odstopi. Na točki srečanja teh dveh zvočnih valov, sekajo pod nekim kotom. Kako izračunati amplitudo in obliko končnega nihanja zraka, ki bo letela, na primer, do najbližje prodaje Mashajeve babice? Tu se začne vektorska komponenta zvočnega valovanja. In v tem primeru dodajte ali odštejte ne samo velikost amplitude, ampak tudi vektorje razmnoževanja teh nihanj. Upamo, da Masha babica ne bo glasno kričala na hrupnih fantov.

Interferenca svetlobe z različno polarizacijo

Prav tako se zgodi, da se fotoni različnih polarizacij srečujejo na isti točki. V tem primeru je treba upoštevati tudi vektorsko komponento elektromagnetnih oscilacij. Če niso medsebojno pravokotni, ali ima eden od svetlobnih žarkov krožno ali eliptično polarizacijo, potem je interakcija čisto mogoče. Na tem principu izdelamo več metod za določanje optične čistosti kristalov: v pravokotno polariziranih nosilcih ne sme biti nobene interakcije. Če je slika izkrivljena, potem kristal ni idealen, spremeni polarizacijo žarkov, kar pomeni, da se ne goji pravilno.

Motnje in difrakcija

Interakcija obeh nosilcev svetlobe vodi k njihovi motnje povzroči gledalec vidi vrsto svetlobe (maksimumov) in temnimi (minimumi) pasov ali obroči. Toda medsebojno delovanje svetlobe in snovi spremlja še en fenomen - difrakcija. Temelji na dejstvu, da medij nosi svetlobo različnih valovnih dolžin. Na primer, če je valovna dolžina 300 nm, odklon trupa 10 stopinj in 500 nanometrov stikalom - 12. Torej, če se prizma iz kremenovega svetlobe pade na sončni žarek se lomi ni tako rdeče kot vijolično (njihovi valovne dolžine razlikujejo) , in opazovalec vidi mavrico. To je odgovor na vprašanje, kaj je motenje in difrakcija svetlobe in kako se razlikujejo. Če pošljemo monokromatsko sevanje iz laserja v isto prizmo, ne bo mavrice, ker ni fotonov različnih valovnih dolžin. Preprosto bo žarek odstopal od prvotne smeri razmnoževanja do nekega kota, to je vse.

Uporaba pojava vmešavanja v praksi

Obstaja veliko priložnosti za praktično korist od tega čisto teoretičnega pojava. Tukaj boste navedli samo glavne:

1. Preiskava kakovosti kristalov. Nekoliko prej smo o tem govorili.
2. Identifikacija napak objektiva. Pogosto jih je treba polirati v idealni sferični obliki. Prisotnost kakršnih koli napak se odkrije s pomočjo interferenčnega pojava.
3. Določanje debeline filma. V nekaterih vrstah proizvodnje zelo pomeni konstantno debelino folije, na primer plastike. Določitev njegove kakovosti omogoča natančno pojav motenj, skupaj z difrakcijo.
4. Optika razsvetljenja. Očala, leče kamer in mikroskopov so pokriti s tankim filmom. Tako se elektromagnetni valovi določene dolžine preprosto odbijajo in nadomeščajo zase, kar zmanjšuje motnje. Najpogosteje se razsvetljenje opravi v zelenem delu optičnega spektra, saj je to področje, ki ga človeško oko najbolje vidi.
5. Raziskovanje vesolja. Poznavanje zakonov motenj, astronomi lahko razdelijo spektre dveh tesno razmaknjenih zvezd in določijo svoje kompozicije in razdaljo do Zemlje.
6. Teoretične raziskave. Nekoč s pomočjo interferenčnega pojava je bilo mogoče dokazati valovno naravo elementarnih delcev, kot so elektroni in protoni. To je potrdilo hipotezo o korpuskularnem valovitem dualizmu microworld in postavila temelje za kvantno dobo.

Upamo, da se s tem členom znatno povežemo znanje o uvedbi koherentnega (ki ga oddajajo viri s stalno fazno razliko in enako frekvenco) valov. Ta pojav se imenuje motenje.