Интерференция волн

Конспект по физике для 9 класса «Интерференция волн». Что такое интерференция волн. При каких условиях можно наблюдать интерференцию волн.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Интерференция волн

Изучая законы геометрической оптики, а также вопросы, связанные с изменением скорости света и явлением дисперсии света, мы ничего не говорили о его природе.

ДВЕ ТЕОРИИ О ПРИРОДЕ СВЕТА

Проблема природы света активно обсуждалась ещё в XVII-XVIII вв. В то время существовали две теории о природе света.

Согласно одной из них, представителем которой являлся Ньютон, свет — это поток особых частиц, называемых корпускулами. Другой теории света в XVII в. придерживался Гюйгенс.

Христиан Гюйгенс (1629—1695) – голландский математик, физик, астроном и механик. Изобрёл маятниковые часы.

Согласно его представлениям, свет — это волны, которые распространяются в особой среде — мировом эфире, заполняющем всё пространство. Эти представления поддерживались на протяжении XVIII в. Л. Эйлером, М. В. Ломоносовым и В. Франклином. И только в начале XIX в. работами О. Френеля и Т. Юнга была достоверно обоснована волновая природа света.

Чтобы разобраться в этих непростых вопросах, обсудим сначала проявление волновых свойств на примере механических волн.

СЛОЖЕНИЕ ВОЛН

Возможно, вам приходилось когда-либо наблюдать за появлением ряби, образовавшейся на поверхности воды от двух камней, брошенных одновременно в водоём на небольшом расстоянии друг от друга. При этом вы могли заметить некоторые особенности картины ряби, получающейся при наложении двух кольцевых волн. Одна из особенностей заключается в том, что каждая волна распространяется по поверхности воды так, как если бы другой волны вовсе не было. Нечто аналогичное наблюдается и для звуковых волн: когда в оркестре одновременно звучат несколько музыкальных инструментов, наше ухо способно улавливать звучание каждого из них.

Вторая особенность примечательна тем, что там, где гребни одной волны встречаются с гребнями другой, получаются более высокие волны, т. е. их амплитуда колебаний больше. В этом случае принято говорить, что волны усиливают друг друга. Там же, где гребни одной волны накладываются на впадины другой, амплитуда колебаний значительно меньше. В этом случае мы наблюдаем взаимное ослабление волн. Если амплитуды волн равны, то возможно их полное гашение, и ряби на поверхности воды в этих местах не будет.

Следует отметить, что явления взаимного усиления и ослабления волн можно наблюдать также и для звуковых волн. Например, заставим звучать камертон ударом резинового молоточка и будем его вращать за подставку, держа около уха. При этом можно заметить, что при некоторых положениях камертона звук усиливается, а при некоторых — ослабляется. Причина данного явления заключается в следующем: поскольку частоты колебаний ножек камертона одинаковы, то каждая ножка возбуждает звуковые волны одинаковой длины и с равными амплитудами. Поэтому при вращении камертона возможны такие его положения по отношению к уху, при которых гребень волны, возбуждаемой одной ножкой, накладывается на впадину волны, возбуждаемой другой. В этом случае будет наблюдаться ослабление звука.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН

Интерференция волнРассмотрим более подробно опыт по возбуждению волн на поверхности воды. Пусть в прямоугольной кювете возбуждаются две круговые волны с помощью двух ударников в виде шариков, укреплённых на пластине, которая совершает периодические колебания. При этом в некоторой точке О на поверхности воды будет наблюдаться сложение колебаний, образованных двумя волнами от источников S1 и S2.

Обозначим пути, проходимые волнами от источников до точки наблюдения О, соответственно через l1 и I2. Результат сложения волн, приходящих в точку наблюдения, будет зависеть от того, в каком состоянии каждая волна достигает данной точки: в виде гребня или в виде впадины.

Это, в свою очередь, зависит от разности хода волн ΔI = I1I2: если разность хода, например, равна длине волны, то первая волна придёт в точку наблюдения позже второй на время, в точности равное периоду колебаний. Последнее означает, что в этом случае гребни волн совпадают и будет наблюдаться усиление колебаний. Усиление колебаний будет наблюдаться всегда в тех случаях, когда на разность хода укладывается целое число длин волн.

Если на разность хода укладывается половина длины волны (в общем случае нечётное число полуволн), то первая волна отстаёт от второй на половину периода (на нечётное число полу периодов).

При такой разности хода гребень одной волны будет накладываться на впадину другой и в точке О будет наблюдаться взаимное гашение волн. При этом важно подчеркнуть, что для получения устойчивой картины усиления и ослабления результирующих колебаний необходимо, чтобы разность хода волн не зависела от времени. Явление сложения в пространстве волн одной частоты, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называют интерференцией.

Интерференция является характерной чертой всех волновых процессов, она присуща волнам любой природы: механическим, волнам на поверхности воды, электромагнитным.


Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Интерференция волн»: Что такое интерференция волн. При каких условиях можно наблюдать интерференцию волн. ВСПОМНИТЕ: Что такое механические колебания? Что такое механические волны?

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *