Traucējumi, difrakcija un superpozīcijas princips

Traucējumi notiek, kad viļņi mijiedarbojas viens ar otru, savukārt difrakcija notiek, kad vilnis iet caur atveri. Šīs mijiedarbības regulē superpozīcijas princips. Traucējumi, difrakcija un superpozīcijas princips ir svarīgi jēdzieni, lai izprastu vairākus viļņu pielietojumus.

Kad mijiedarbojas divi viļņi, superpozīcijas princips saka, ka iegūtais viļņu funkcija ir divu atsevišķo viļņu funkciju summa. Šo parādību parasti raksturo kā iejaukšanās.

Apsveriet gadījumu, kad ūdens pilieniņā nonāk ūdens vannā. Ja ūdenī sit vienu pilienu, tas ūdenī radīs riņķveida viļņu vilni. Ja jūs tomēr sāktu pilēt ūdeni citā vietā, tas tā notiktu arī sāc veidot līdzīgus viļņus. Vietās, kur šie viļņi pārklājas, iegūtais vilnis būs divu iepriekšējo viļņu summa.

Tas attiecas tikai uz situācijām, kad viļņu funkcija ir lineāra, tas ir, no kurienes tā ir atkarīga x un t tikai līdz pirmajam spēks. Dažas situācijas, piemēram, nelineāra elastīga izturēšanās, kas nepakļaujas Hūka likums

Tas varētu būt acīmredzams, bet, iespējams, ir labi, ja ir arī skaidrs, ka šis princips ir saistīts ar līdzīga veida viļņiem. Acīmredzot ūdens viļņi netraucēs elektromagnētiskajiem viļņiem. Pat starp līdzīgiem viļņu veidiem efekts parasti ir ierobežots ar viļņiem, kuru praktiski (vai tieši) ir vienāds viļņa garums. Lielākā daļa traucējumu iesaistīšanas eksperimentu nodrošina, ka viļņi šajos aspektos ir identiski.

Attēlā pa labi ir redzami divi viļņi un zem tiem redzams, kā šie divi viļņi ir apvienoti, lai parādītu traucējumus.

Kad rāmji pārklājas, superpozīcijas vilnis sasniedz maksimālo augstumu. Šis augstums ir to amplitūdu summa (vai divkārša amplitūda, ja sākotnējiem viļņiem ir vienāda amplitūda). Tas pats notiek, ja siles pārklājas, izveidojot iegūto siļu, kas ir negatīvo amplitūdu summa. Tiek saukta šāda veida iejaukšanās konstruktīva iejaukšanās jo tas palielina kopējo amplitūdu. Citu neanimētu piemēru var redzēt, noklikšķinot uz attēla un pārejot uz otro attēlu.

Pārmaiņus, kad viļņa kopa pārklājas ar cita viļņa siles, viļņi zināmā mērā viens otru izslēdz. Ja viļņi ir simetriski (t.i., tā pati viļņu funkcija, bet nobīdīti pa fāzi vai pusi viļņu garuma), tie viens otru pilnībā atcels. Tiek saukta šāda veida iejaukšanās destruktīva iejaukšanās un to var apskatīt attēlā pa labi vai noklikšķinot uz šī attēla un pārejot uz citu attēlojumu.

Tāpēc agrākā gadījumā, ja rīboņi ir redzami ūdens kublā, jūs redzētu dažus punktus, kur traucējumu viļņi ir lielāki nekā katrs atsevišķais viļņi, un daži punkti, kur viļņi katru atceļ citi ārā.

Īpašs traucējumu gadījums ir pazīstams kā difrakcija un notiek, kad vilnis atsitas pret atvēruma vai malas barjeru. Šķēršļa malā tiek nogriezts vilnis, un tas rada traucējumus ar atlikušo viļņu frontes daļu. Tā kā gandrīz visās optiskajās parādībās ir ietverta gaisma, kas iziet cauri sava veida atverei - vai tā būtu acs, sensors, a teleskops vai kas cits - difrakcija notiek gandrīz visos no tiem, lai gan vairumā gadījumu efekts ir niecīgs. Difrakcija parasti rada "izplūdušo" malu, lai gan dažos gadījumos (piemēram, Younga divkāršās spraugas eksperiments, aprakstīts zemāk) difrakcija var izraisīt parādības, kas interesē pašas par sevi.

Traucējumi ir intriģējošs jēdziens, un tiem ir dažas sekas, kuras ir vērts ņemt vērā, īpaši gaismas jomā, kur šādus traucējumus ir samērā viegli novērot.

Iekšā Tomasa Younga divkāršās spraugas eksperiments, piemēram, traucējumu raksti, kas rodas gaismas "viļņa" difrakcijas rezultātā, padara to tādu, lai jūs varētu spīdēt vienmērīgu gaismu un sadaliet to gaišu un tumšu joslu sērijā, vienkārši nosūtot to pa divām spraugām, kas noteikti nav tas, ko varētu gaidīt. Vēl pārsteidzošāk ir tas, ka, veicot šo eksperimentu ar daļiņām, piemēram, elektroniem, rodas līdzīgas viļņiem līdzīgas īpašības. Jebkura veida vilnis parāda šo izturēšanos ar pareizu iestatījumu.

Varbūt visaizraujošākā iejaukšanās ir radīšana hologrammas. Tas tiek darīts, atspoguļojot koherentu gaismas avotu, piemēram, lāzeru, no objekta, kas atrodas uz īpašas plēves. Traucējumu raksti, ko rada atspoguļotā gaisma, ir rezultāts hologrāfiskajam attēlam, kuru var apskatīt, kad tas atkal ir novietots pareizajā apgaismojumā.