Zakłócenia - co to jest? Czym jest interferencja i dyfrakcja?

W artykule omówiono zjawisko fizyki jako ingerencji: co to jest, kiedy powstaje i jak jest stosowane. Również pokrewna koncepcja fizyki fal - dyfrakcja - została szczegółowo opisana.

Rodzaje fal

Kiedy słowo pojawia się w książce lub rozmowie"Fala", z reguły od razu pojawia się morze: niebieska przestrzeń, niezmierzona odległość, jedna po drugiej na brzegu przebiegają solne szyby. Mieszkaniec stepów wyobrazi sobie inny rodzaj: rozległy obszar trawy, macha pod łagodną bryzą. Ktoś inny zapamięta fale, oglądając fałdy ciężkiej kurtyny lub trzepocząc flagą w słoneczny dzień. Matematyk pomyśli o sinusoidzie, miłośniku radia - o elektromagnetycznych oscylacjach. Wszystkie mają inny charakter i należą do różnych gatunków. Ale jedno jest bezdyskusyjne: fala jest stanem odchylenia od równowagi, przekształceniem jakiegoś "płynnego" prawa w oscylujące. To dla nich ma zastosowanie takie zjawisko jak interferencja. Co to jest i jak powstaje, rozważymy to później. Najpierw zrozumiemy, jakie są fale. Wymienione są następujące typy:

• mechaniczne;
• chemiczne;
• elektromagnetyczny;
• grawitacyjny;
• spinowe;
• Probabilistyczny.

Pod względem fizyki fale przenoszą energię. Ale zdarza się, że masa również się porusza. Odpowiadając na pytanie o to, co jest ingerencją w fizykę, należy zauważyć, że jest ona charakterystyczna dla fal absolutnie każdej natury.

Oznaki różnicy między falami

Dziwne, jak mogłoby się wydawać, nie ma jednej definicji fali. Ich gatunki są tak różnorodne, że tylko typy klasyfikacyjne mają więcej niż tuzin. Jakie są cechy wyróżniające fale?

1. Metodą propagacji w ośrodku (biegnącą lub stojącą).
2. Z natury samej fali (wibracje i solitony różnią się właśnie tą cechą).
3. Według typu rozkładu w medium (podłużne, poprzeczne).
4. Według stopnia liniowości (liniowy lub nieliniowy).
5. Przez właściwości ośrodka, w którym się rozmnażają (dyskretne, ciągłe).
6. Zgodnie z formą (płaska, sferyczna, spiralna).
7. Dzięki cechom fizycznego ośrodka propagacji (mechanicznego, elektromagnetycznego, grawitacyjnego).
8. W kierunku wibracji cząstek medium (fale ściskające lub ścinające).
9. Do czasu pobudzenia medium (pojedynczy, monochromatyczny, pakiet fal).

I do każdego rodzaju tych perturbacji medium ma zastosowaniezakłócenia. To, co szczególne jest zawarte w tej koncepcji i dlaczego to zjawisko sprawia, że ​​nasz świat jest dokładnie taki, jaki jest, opowiemy po dostosowaniu charakterystyki fali.

Charakterystyka fali

Bez względu na rodzaj i rodzaj fal, wszystkie mają wspólne cechy. Oto lista:

1. Grzebień jest rodzajem maksimum. W przypadku fal kompresji jest to miejsce o największej gęstości medium. Jest to największe dodatnie odchylenie oscylacji od stanu równowagi.
2. The Lodge (w niektórych przypadkach w dolinie) jest odwrotną koncepcją herbu. Minimalne, największe ujemne odchylenie od stanu równowagi.
3. Okresowość lub częstotliwość - czas, w którym fala przechodzi z jednego maksimum do drugiego.
4. Przestrzenna okresowość lub długość fali to odległość między sąsiednimi pikami.
5. Amplituda to wysokość szczytów. Ta definicja będzie potrzebna, aby zrozumieć, czym jest interferencja fal.

Zbadaliśmy bardzo szczegółowo falę, jejcechy i różne klasyfikacje, ponieważ pojęcia "interferencji" nie można wytłumaczyć bez jasnego zrozumienia takiego zjawiska, jak zakłócenie środowiska. Przypominamy, że interferencja ma znaczenie tylko dla fal.

Interakcja fal

Teraz zbliżamy się do tego pojęcia"Interferencja": co to jest, kiedy powstaje i jak to zdefiniować. Wszystkie powyższe typy, typy i charakterystyki fal należą do idealnego przypadku. Były to opisy "kulistego konia w próżni", to jest niektórych teoretycznych konstrukcji, które są niemożliwe w rzeczywistym świecie. Ale w praktyce cała przestrzeń wokół jest przesiąknięta różnymi falami. Światło, dźwięk, ciepło, radio, procesy chemiczne to okresowe fluktuacje środowiska. I wszystkie te fale oddziałują. Należy zauważyć jedną cechę: że mogą one wpływać na siebie wzajemnie, powinny mieć podobne cechy.

Fale dźwiękowe w żaden sposób nie mogązakłócają światło, a fale radiowe nie oddziałują z wiatrem. Oczywiście wpływ nadal istnieje, ale jest tak mały, że jego efekt nie jest brany pod uwagę. Innymi słowy, wyjaśniając, czym jest interferencja światła, zakłada się, że jeden foton wpływa na drugi podczas spotkania. A więc bardziej szczegółowo.

Zakłócenia

Dla wielu rodzajów fal, zasadysuperpozycje: spotykają się w jednym miejscu w przestrzeni, wchodzą w interakcje. Na wymianę energii wskazuje zmiana amplitudy. Prawo interakcji jest następujące: jeżeli dwa maksima spotykają się w jednym punkcie, to w końcowej fali intensywność maksimum jest podwojona; jeśli wystąpi maksimum i minimum, wynikowa amplituda wynosi zero. Jest to oczywista odpowiedź na pytanie, czym jest interferencja światła i dźwięku. W rzeczywistości to zjawisko się pokrywa.

Zakłócenia fal o różnych charakterystykach

Zdarzenie opisane powyżej przedstawia spotkanie dwóch osóbidentyczne fale w przestrzeni liniowej. Jednak dwie przeciwstawne fale mogą mieć różne częstotliwości, amplitudy i długości. Jak przedstawić ostateczny obraz w tym przypadku? Odpowiedź polega na tym, że wynik nie będzie dokładnie taki jak fala. Oznacza to, że zostanie naruszona ścisła kolejność naprzemiennego wzlotów i upadków: w pewnym momencie amplituda będzie maksymalna, w następnej będzie mniejsza, następnie osiągną maksimum i minimum, a wynik zmieni się na zero. Jednak niezależnie od tego, jak silne są różnice między tymi dwiema falami, amplituda będzie prędzej czy później powtórzona. W matematyce zwyczajowo mówi się o nieskończoności, ale w rzeczywistości siły tarcia i bezwładność mogą zatrzymać samo istnienie powstałej fali, zanim wzorzec szczytów, dolin i równin się powtórzy.

Zakłócenia fal występujące pod kątem

Ale oprócz swoich własnych cech, rzeczywistośćfale mogą różnić się pozycją w przestrzeni. Na przykład przy rozważaniu kwestii interferencji dźwięku należy to wziąć pod uwagę. Wyobraź sobie: nadchodzi chłopiec i dmucha w gwizdek. Przesyła falę dźwiękową przed sobą. A obok niego inny chłopiec jedzie na rowerze i dzwoni do dzwonka, żeby pieszy odszedł na bok. Na styku tych dwóch fal dźwiękowych przecinają się pod pewnym kątem. Jak obliczyć amplitudę i kształt końcowej fluktuacji powietrza, która przeleci na przykład do najbliższej sprzedaży nasion babci Maszy? Tutaj wchodzi w życie element wektorowy fali dźwiękowej. I w tym przypadku dodaj lub odejmij nie tylko wielkość amplitudy, ale także wektory propagacji tych oscylacji. Mamy nadzieję, że babcia Maszy nie będzie głośno krzyczeć na hałaśliwych gości.

Zakłócenia światła o różnej polaryzacji

Zdarza się również, że napotkano jeden punktfotony o różnej polaryzacji. W tym przypadku konieczne jest również uwzględnienie składowej wektorowej oscylacji elektromagnetycznych. Jeśli nie są one wzajemnie prostopadłe lub jedna z wiązek światła ma polaryzację kołową lub eliptyczną, interakcja jest całkiem możliwa. Kilka metod oznaczania optycznej czystości kryształów jest konstruowanych na tej zasadzie: nie powinno być interakcji w prostopadle spolaryzowanych wiązkach. Jeśli obraz jest zniekształcony, kryształ nie jest idealny, zmienia polaryzację wiązek, co oznacza, że ​​nie jest prawidłowo wyhodowany.

Zakłócenia i dyfrakcja

Interakcja dwóch wiązek światła prowadzi do ichZakłócenia w końcu użytkownik widzi szereg światła (maksimum) i ciemne (minimum) pasm lub pierścieni. Ale interakcji światła i materii towarzyszy inne zjawisko - dyfrakcja. Opiera się ona na tym, że światło o różnych długościach fal inaczej amuj media. Na przykład, jeżeli długość fali 300 nm, przy czym kąt odchylenia wynosi 10 stopni, a 500 nanometrów w stanie - IS 12. Tak więc, gdy pryzmatu z lekkiego kwarcowego spada na promieniowania słonecznego załamane nie czerwony jak purpurowy (ich długości fal inne) , a obserwator widzi tęczę. Jest to odpowiedź na pytanie, czym jest interferencja i dyfrakcja światła oraz jak się różnią. Jeśli wyślesz do tej samej pryzmat promieniowania monochromatycznego z lasera, nie tęcza nie będzie, ponieważ nie istnieją żadne fotony o różnych długościach fali. Po prostu wiązka będzie odbiegać od pierwotnego kierunku propagacji do pewnego kąta, to wszystko.

Zastosowanie zjawiska ingerencji w praktyce

Istnieje wiele możliwości praktycznego wykorzystania tego czysto teoretycznego zjawiska. Tutaj zostaną wyświetlone tylko te główne:

1. Badanie jakości kryształów. Nieco wcześniej rozmawialiśmy o tym.
2. Identyfikacja błędów obiektywu. Często należy je polerować w idealnej kulistej formie. Obecność jakichkolwiek defektów jest wykrywana za pomocą zjawiska interferencji.
3. Oznaczanie grubości folii. W niektórych typach produkcji bardzo dużo znaczy stała grubość warstwy, na przykład plastik. Ustalenie jego jakości pozwala dokładnie na zjawisko interferencji wraz z dyfrakcją.
4. Oświeceniowa optyka. Okulary, soczewki kamer i mikroskopów są pokryte cienką folią. Zatem fale elektromagnetyczne o określonej długości i nagranej nałożone na siebie, co zmniejsza zakłócenia. Najczęściej, oświecenie jest w zielonej części widma optycznego, jak ten obszar ludzkiego oka widzi najlepiej.
5. Odkrywanie kosmosu. Znając prawa ingerencji, astronomowie są w stanie podzielić widma dwóch blisko rozstawionych gwiazd i określić ich skład i odległość od Ziemi.
6. Badania teoretyczne. Kiedyś za pomocą zjawiska interferencji udało się dowieść natury falowej cząstek elementarnych, takich jak elektrony i protony. Potwierdziło to hipotezę dualizmu korpuskularno-falowego mikroświata i położyło fundament pod ery kwantowej.

Mamy nadzieję, że dzięki temu artykułowi Twoja wiedza na tematNakładanie się fal koherentnych (emitowanych przez źródła o stałej różnicy faz i tej samej częstotliwości) fal znacznie się rozszerzyło. Zjawisko to nosi nazwę interferencji.

</ p>>