ปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนของคลื่น ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

ฟิล์มบาง

หลังฝนตก เมื่อยางมะตอยเปียกปรากฏเป็นสีดำ ในลานจอดรถที่มีน้ำมันและน้ำมันเบนซินหกใส่น้ำในแอ่งน้ำ จะมองเห็นจุดแวววาวที่ส่องประกายเป็นสายรุ้งทุกสีได้ชัดเจนเป็นพิเศษ สีที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดคือสีเขียวและสีเหลือง แต่สีฟ้า คราม และสีม่วงจะมองเห็นได้ในบางจุด

จุดเดียวกันนี้สามารถมองเห็นได้บนผิวน้ำในแม่น้ำ ทะเลสาบ และแอ่งน้ำ หากมีการปนเปื้อนด้วยน้ำมันหรือผลิตภัณฑ์จากน้ำมัน

มีใครบ้างในพวกเราที่ไม่เป่าฟองสบู่ตั้งแต่ยังเป็นเด็ก? ฟองสบู่บางๆ ก็เหมือนกับฟิล์มน้ำมันบางๆ บนผิวน้ำ กลายเป็นสี กระดาษแก้วบางๆ เรืองแสงเป็นสีรุ้ง ปรากฏการณ์ที่สวยงามเหล่านี้มีลักษณะเหมือนกัน คือ เป็นผลจากการแทรกสอดของแสงในฟิล์มบางๆ ของน้ำมัน โฟมสบู่ และกระดาษแก้ว

การรบกวนของแสงในฟิล์มบาง

ในฟิล์มบางๆ ของน้ำมันหรือน้ำสบู่ คลื่นแสงจะแยกออกจากกันแล้วจึงรวมกัน

รูปที่ 46 แสดงเส้นทางของรังสีในภาพยนตร์ โดยที่ h คือความหนาของฟิล์ม (ในระดับขยายอย่างมาก) S คือแหล่งกำเนิดแสง ปล่อยให้รังสีเอกรงค์ 1 และ 2 สองลำตกลงบนฟิล์มจากจุด S หากแหล่งกำเนิดแสงตั้งอยู่ห่างไกล (และในกรณีที่มีน้ำมันส่องสว่างบนแอ่งน้ำ แหล่งกำเนิดคือท้องฟ้า กล่าวคือ แสงที่กระเจิงในอากาศ) ก็ถือได้ว่าแผ่ออกมาจากอนันต์ จากนั้นรังสี 1 และ 2 จะขนานกันในทางปฏิบัติ และด้านหน้าของคลื่นแสง AB จะตั้งฉากกับรังสีเหล่านั้น

มาแสดงกันเถอะ ตัวบ่งชี้ที่แน่นอนการหักเหของแสงของตัวกลาง n 1 และการหักเหของแสงของฟิล์ม n 2

ลำแสงที่กระทบกับฟิล์มที่จุด A จะหักเหบางส่วนและสะท้อนกลับบางส่วน เรย์สะท้อนเข้ามา ในกรณีนี้เราไม่สนใจเพราะมันไม่เข้าตา ลำแสงหักเหเมื่อไปถึงพื้นผิวที่สองของฟิล์ม (ถึงจุด D) จะถูกสะท้อนบางส่วนและหักเหบางส่วนอีกครั้ง เราสนใจในลำแสงสะท้อนของรังสี DC ซึ่ง ณ จุด C ผ่านการหักเหบางส่วนและการสะท้อนบางส่วน ลำแสงรังสี 2 ซึ่งหักเหที่จุด C เข้าสู่ดวงตา ลำแสงรังสี 2 ที่โผล่ออกมาจากแหล่งกำเนิดเดียวกันและเหตุการณ์บนฟิล์มที่จุด C ก็หักเหบางส่วนและสะท้อนบางส่วนเช่นกัน ลำแสงสะท้อนของรังสี 2 และลำแสงรังสี 2 เข้ามารบกวน ลำแสงทั้งสองสามารถถูกโฟกัสได้โดยใช้เลนส์บนหน้าจอซึ่งเป็นที่สังเกตผลของการรบกวน หรือที่เรตินาซึ่งรับรู้ได้

เกิดอะไรขึ้นบนหน้าจอ? จากรูปจะเห็นลำแสงรังสี 2, 2 ผ่านไป วิธีทางที่แตกต่างก่อนพบกันที่จุด C: ครั้งแรกผ่านระยะทาง AD + DC = 2AD ในตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสง n 2 ระยะที่สอง - BC ในตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสง n 1

ความแตกต่างทางเรขาคณิตในเส้นทางของรังสีคือ 2AD - BC; ความแตกต่างทางแสง 1 คือ:

โดยที่ แล/2 คือการแก้ไขการสูญเสียครึ่งคลื่นเมื่อแสงสะท้อนจากตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง

ถ้าผลต่างของเส้นทางเท่ากับจำนวนคลื่นจำนวนเต็ม (Δ = Nแล) แล้วจุด C จะส่องสว่างอย่างสดใส สีใดสีหนึ่งซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่น จะเป็นไปตามเงื่อนไขของการส่องสว่างสูงสุด หากความแตกต่างของเส้นทางเท่ากับจำนวนคี่ของครึ่งคลื่น ดังนั้นสำหรับคลื่นนี้ สภาพของการส่องสว่างขั้นต่ำที่จุด C จะเป็นที่น่าพอใจ

ความแตกต่างของเส้นทาง Δ สามารถแสดงเป็นฟังก์ชันของความหนาของฟิล์ม h มุมตกกระทบ (และการสังเกต) a และความยาวคลื่น แล หรือเป็นฟังก์ชันของความหนาของฟิล์มและมุมการหักเหของแสง ϒ

การพึ่งพานี้มีลักษณะดังนี้:

มีหลายจุดบนพื้นผิวฟิล์มเสมอซึ่งตรงตามเงื่อนไขการรบกวนเดียวกันสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด จุดเหล่านี้อยู่ในโซ่ ของพวกเขา สถานที่ทางเรขาคณิตแสดงถึงแถบแสงหรือแถบมืด ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและสภาวะการรบกวน

สำหรับแถบแสงที่ความยาวคลื่นที่กำหนด จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

สำหรับคนมืด:

หากฟิล์มส่องสว่างด้วยแสงแบบโพลีโครมาติก (เชิงซ้อน หลากสี) เช่น สีขาว จากนั้นสำหรับแต่ละความยาวคลื่น (สำหรับแต่ละสี) จะมีแถบการส่องสว่างสูงสุด ซึ่งด้านนอกจะมีแถบการส่องสว่างขั้นต่ำสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด ที่ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่นนี้ อาจมีคลื่นอื่นสูงสุด (ที่มีสีต่างกัน) ดังนั้นค่าสูงสุดของความยาวคลื่นที่แตกต่างกันจึงอยู่ติดกัน เป็นผลให้เกิดสเปกตรัมขึ้น

Spectra สามารถสร้างขนาดได้หลายขนาด ขึ้นอยู่กับความหนาของฟิล์มและมุมมอง อาจเกิดขึ้นได้ว่าสเปกตรัมที่อยู่ใกล้เคียงซ้อนทับกันด้วยสีที่รุนแรง สีแดงซ้อนทับกับสีม่วง ทำให้เกิดสีม่วงเข้มและบางครั้งก็เป็นสีน้ำตาล

สีที่ประกอบขึ้นตรงกลางสเปกตรัม - เหลือง, เขียว, น้ำเงิน - จะมองเห็นได้ชัดเจนเสมอ

หากคุณสังเกตฟิล์มเรืองแสงเป็นเวลาหลายนาที คุณจะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในโครงร่างของแถบสี สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการแพร่กระจายของน้ำมันและส่งผลให้ความหนาของฟิล์มเปลี่ยนแปลงไป

หากคุณวางเลนส์นูนแบนบนแผ่นกระจกขัดเงา ชั้นอากาศบางๆ จะปรากฏขึ้นระหว่างเลนส์และแผ่น ซึ่งภายใต้แสงบางประเภท (รูปที่ 47) คุณสามารถสังเกตเห็นวงแหวนแสงและความมืดที่สอดคล้องกับ ความหนาของฟิล์มเท่ากัน ภาพขยายของวงแหวนเหล่านี้เมื่อมองด้วยแสงสีเขียวและสีแดง

ปรากฏการณ์การรบกวนถูกนำมาใช้เพื่อประโยชน์ในทางปฏิบัติหลายประการ

ดังนั้นเมื่อใช้การรบกวนคุณสามารถตรวจสอบคุณภาพการขัดพื้นผิวของชิ้นส่วนเครื่องจักรได้ ปรากฏการณ์การรบกวนของแสงเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบอุปกรณ์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ซึ่งใช้ในการวัดความยาวด้วยความแม่นยำ 0.1 ความยาวคลื่นของแสง กำหนดดัชนีการหักเหของแสง ฯลฯ

ปรากฏการณ์ของการหักเหของแสง การสังเกตปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบนของแสงสามารถสังเกตได้ เช่น โดยมองแสงจากไฟฉายสว่างจ้าที่อยู่ไกลๆ ผ่านผ้าพันคอไนลอน โดยถือไว้จนสุดแขน

สเปกตรัมการเลี้ยวเบนยังมองเห็นได้ชัดเจนเมื่อดูแหล่งกำเนิดแสง เช่น โคมไฟที่ส่องผ่านขนตา

หากคุณพับสองนิ้วเพื่อให้ช่องว่างแคบเกิดขึ้นระหว่างพวกเขา และผ่านช่องว่างนี้ คุณมองไปที่แหล่งกำเนิดแสงที่กระจาย (ท้องฟ้า โป๊ะโคม ฯลฯ) คุณสามารถเลือกความกว้างสำหรับช่องว่างที่หลาย ๆ จะมองเห็นจุดด่างดำและรอยดำได้ชัดเจน มีแถบสีอ่อน ภาพที่คล้ายกันสามารถเห็นได้ในช่องว่างแคบ ๆ เปิดประตูหากมีโคมไฟหรือหน้าต่างอยู่ด้านหลัง คุณสามารถติดใบมีดโกนนิรภัยสองใบ (ด้วยพาราฟินหรือน้ำมัน) เข้ากับกระดาษแข็ง และดูรูปแบบการเลี้ยวเบนในช่องว่างระหว่างใบมีดเหล่านั้น

รูปแบบการเลี้ยวเบนจะมองเห็นได้ชัดเจนหากคุณใช้ปลายเข็มเจาะรูเล็กๆ ในอลูมิเนียมฟอยล์ (โดยไม่เจาะทะลุ) แล้วมองผ่านแหล่งกำเนิดแสงที่สว่าง

รอยขีดข่วนบนกระจกหน้าต่างยังเปิดโอกาสให้สังเกตการเลี้ยวเบนของแสงได้ มีรอยขีดข่วนบนหน้าต่างกระจกของรถโดยสารและรถราง เกิดขึ้นเมื่อเช็ดหน้าต่างหรือเป่าผลึกทรายใส่ มันเป็นเรื่องธรรมชาตินั่นเอง ส่วนใหญ่รอยขีดข่วนมีทิศทางในแนวนอนหรือเฉียงเล็กน้อย กระจกที่มีรอยขีดข่วนเป็นตะแกรงเลี้ยวเบนชนิดหนึ่งซึ่งแสงของไฟฉายจะหักเหโดยหักเหในแนวตั้งฉากกับพวกมัน เป็นผลให้คุณสามารถมองเห็นลำแสงสองลำที่เล็ดลอดออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง แต่ทำไมพวกเขาถึงไม่มีสีสเปกตรัม? สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าระยะเวลาของตะแกรงที่พิจารณานั้นไม่คงที่ส่งผลให้มีการเพิ่มสีสเปกตรัมซึ่งดังที่ทราบกันดีอยู่แล้ว แสงสีขาว.

บางครั้งเมื่อคุณนั่งรถบัส คุณก็สามารถเห็นภาพที่สวยงามบนกระจกหน้าต่างที่แข็งตัวได้ น้ำแข็งที่ปกคลุมบนหน้าต่าง เมื่อแสงของดวงอาทิตย์หรือตะเกียงกระทบหน้าต่าง จู่ๆ ก็เริ่มส่องแสงด้วยสเปกตรัมสีที่โปร่งใสและบริสุทธิ์อย่างน่าประหลาดใจ ปรากฏการณ์นี้กินเวลาหลายนาทีแล้วหายไปเนื่องจากความหนาของชั้นน้ำแข็งบนกระจกเพิ่มขึ้น

การมองเห็นนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสงโดยเข็มของผลึกน้ำแข็ง เป็นไปได้ว่าด้วยแผ่นน้ำแข็งที่มีความหนา (1 ไมครอน) และระยะห่างระหว่างแผ่นน้ำแข็งประมาณ 0.1 มม. แสงส่วนหนึ่งจะผ่านแผ่นเปลือกโลกและบางส่วนผ่านไป เนื่องจากความเร็วแสงในจานและในอากาศต่างกัน การเปลี่ยนเฟสจึงเกิดขึ้นในการแกว่ง สิ่งนี้นำไปสู่การลดทอนของความยาวคลื่นบางส่วนเนื่องจากการรบกวน และส่งผลให้ "การระบายสี" ของพื้นผิวกระจกที่แช่แข็งเป็นสีเพิ่มเติม

ครอบฟัน

เมฆขาวโปร่งแสงค่อย ๆ เคลื่อนตัวไปหน้าดวงจันทร์ และทุกครั้งที่เมฆใหม่ปกคลุมดวงจันทร์ เราจะเห็นวงแหวนหลากสีสวยงามรอบดวงจันทร์ ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงจันทร์เพียงหลายเท่าเท่านั้น เหล่านี้คือมงกุฎ

ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้สามารถเห็นได้รอบๆ ตะเกียงและดวงอาทิตย์ (เฉพาะในกรณีนี้ คุณต้องดูแลไม่ให้ดวงอาทิตย์ทำให้เราตาบอด เช่น ใส่แว่นดำ) มงกุฎไม่ควรสับสนกับรัศมี เส้นผ่านศูนย์กลางของรัศมีคือ 22 หรือ 46° ในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางของขอบล้อนั้นเล็กกว่ามาก: 1 - 6°

จะต้องค้นหาคำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์ทางธรรมชาตินี้ในการเลี้ยวเบนของแสง เมฆประกอบด้วยหยดน้ำ เมื่อผ่านหยด แสงจะเกิดการเลี้ยวเบน ความแตกต่างของรังสีขึ้นอยู่กับขนาดของหยด หยดจำนวนมากไม่ได้เปลี่ยนภาพ แต่เพียงปรับปรุงให้ดีขึ้นเท่านั้น ความกว้างของรัศมีขึ้นอยู่กับขนาดของหยด: ยิ่งหยดเล็กเท่าใด รัศมีก็จะกว้างขึ้นเท่านั้น เป็นไปได้ว่ามงกุฎอาจปรากฏบนก้อนเมฆที่ประกอบด้วยเข็มน้ำแข็ง

ในบางกรณี ครอบฟันแบบแสง (“ วงแหวนตา”) เกิดขึ้นเนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสงบนเม็ดที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีอยู่ในกระจกตาของดวงตา เม็ดมะยม "ตา" มีขนาดเท่ากับเม็ดมะยม "ขุ่น" และแยกแยะได้ยาก อย่างไรก็ตาม เม็ดมะยม "เมฆ" สามารถแยกความแตกต่างจากเม็ดมะยม "ตา" ได้ หากวางวัตถุทึบแสงไว้ข้างหน้าดวงตา เม็ดมะยม "เมฆ" จะยังคงอยู่ แต่เม็ดมะยม "ตา" จะหายไปทันที

การเลี้ยวเบนและ การกระจายตัว- สวยงามมากและ คำที่คล้ายกันซึ่งฟังดูเหมือนเพลงที่ติดหูของนักฟิสิกส์! อย่างที่ใครๆ ก็เดากันอยู่แล้ว วันนี้เราจะไม่พูดถึงอีกแล้ว เลนส์เรขาคณิตแต่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นโดยเฉพาะ ธรรมชาติของคลื่นแสง.

การกระจายแสง

แล้วปรากฏการณ์การกระจายแสงคืออะไร? ในเราตรวจสอบกฎการหักเหของแสง จากนั้นเราก็ไม่ได้คิดหรือจำไม่ได้ว่าแสง (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) มีความยาวที่แน่นอน จำไว้ว่า:

แสงสว่าง– คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แสงที่มองเห็นคือความยาวคลื่นตั้งแต่ 380 ถึง 770 นาโนเมตร

นิวตันรุ่นเก่าสังเกตว่าดัชนีการหักเหของแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น กล่าวอีกนัยหนึ่ง แสงสีแดงที่ตกบนพื้นผิวและหักเหจะเบี่ยงเบนไปในมุมที่แตกต่างจากสีเหลือง สีเขียว และอื่นๆ การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่า การกระจายตัว.

เมื่อส่งแสงสีขาวผ่านปริซึม คุณจะสามารถสร้างสเปกตรัมที่ประกอบด้วยสีรุ้งทั้งหมดได้ ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้โดยตรงจากการกระจายแสง เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น จึงหมายความว่าดัชนีการหักเหของแสงขึ้นอยู่กับความถี่ด้วย ดังนั้นความเร็วแสงสำหรับความยาวคลื่นที่แตกต่างกันในสสารก็จะแตกต่างกันด้วย

การกระจายแสง- การขึ้นอยู่กับความเร็วแสงในเรื่องของความถี่

การกระจายแสงใช้ที่ไหน? ใช่ทุกที่! ไม่ใช่แค่เท่านั้น คำที่สวยงามแต่ก็เป็นปรากฏการณ์ที่สวยงามเช่นกัน การกระจายแสงในชีวิตประจำวัน ธรรมชาติ เทคโนโลยี และศิลปะ ตัวอย่างเช่น มีการแสดงการกระจายตัวบนหน้าปกอัลบั้ม Pink Floyd

การเลี้ยวเบนของแสง

ก่อนที่จะเลี้ยวเบนคุณต้องพูดถึง "เพื่อน" ของเธอก่อน - การรบกวน. ท้ายที่สุดแล้ว การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงเป็นปรากฏการณ์ที่สังเกตได้พร้อมๆ กัน

การรบกวนของแสง- นี่คือเมื่อคลื่นแสงสองคลื่นที่เชื่อมโยงกันเมื่อซ้อนทับกันจะเสริมซึ่งกันและกันหรือในทางกลับกันทำให้กันและกันอ่อนลง

คลื่นเป็น สอดคล้องกันหากความแตกต่างของเฟสคงที่ในเวลา และเมื่อเพิ่มเข้าไป จะได้คลื่นที่มีความถี่เท่ากัน ไม่ว่าคลื่นผลลัพธ์จะถูกขยาย (การรบกวนสูงสุด) หรือในทางกลับกันจะอ่อนลง (การรบกวนขั้นต่ำ) ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในระยะของการแกว่ง ค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดระหว่างการรบกวนจะสลับกัน ก่อให้เกิดรูปแบบการรบกวน

การเลี้ยวเบนของแสง- การสำแดงอื่น คุณสมบัติของคลื่น. ดูเหมือนว่าลำแสงจะต้องเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ไม่มี! เมื่อเจอสิ่งกีดขวาง แสงจะเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมราวกับโคจรรอบสิ่งกีดขวาง เงื่อนไขใดบ้างที่จำเป็นในการสังเกตการเลี้ยวเบนของแสง จริงๆ แล้วปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตได้บนวัตถุทุกขนาด แต่บนวัตถุขนาดใหญ่จะสังเกตได้ยากและแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสังเกต ซึ่งสามารถทำได้ดีที่สุดบนสิ่งกีดขวางที่มีขนาดเทียบเคียงกับความยาวคลื่น ในกรณีของแสง สิ่งเหล่านี้ถือเป็นอุปสรรคเล็กๆ น้อยๆ

การเลี้ยวเบนของแสงคือ ปรากฏการณ์แสงเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านเข้าไปใกล้สิ่งกีดขวาง

การเลี้ยวเบนเกิดขึ้นไม่เพียงแต่กับแสงเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นกับคลื่นอื่นๆ ด้วย ตัวอย่างเช่นสำหรับเสียง หรือสำหรับคลื่นในทะเล ตัวอย่างที่ดีของการเลี้ยวเบนคือการที่เราได้ยินเพลงของ Pink Floyd จากรถที่ผ่านไปขณะที่เรายืนอยู่ตรงหัวมุมถนน ถ้าคลื่นเสียงแพร่กระจายโดยตรง มันก็จะไม่มาถึงหูของเรา และเราจะยืนนิ่งเงียบสนิท เห็นด้วย น่าเบื่อ แต่การเลี้ยวเบนนั้นสนุกกว่ามาก

ในการสังเกตปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนจะใช้อุปกรณ์พิเศษ - ตะแกรงเลี้ยวเบน. ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นระบบของสิ่งกีดขวางที่มีขนาดเทียบเคียงกับความยาวคลื่น สิ่งเหล่านี้เป็นลายเส้นขนานพิเศษที่สลักไว้บนพื้นผิวของแผ่นโลหะหรือกระจก ระยะห่างระหว่างขอบของรอยกรีดตะแกรงที่อยู่ติดกันเรียกว่าคาบตะแกรงหรือค่าคงที่

เกิดอะไรขึ้นกับแสงเมื่อมันผ่านไป ตะแกรงเลี้ยวเบน? ขึ้นตะแกรงแล้วเจอสิ่งกีดขวาง คลื่นแสงผ่านระบบของบริเวณที่โปร่งใสและทึบแสงซึ่งเป็นผลมาจากการที่มันถูกแบ่งออกเป็นลำแสงแยกกันซึ่งต่อเนื่องกันซึ่งหลังจากการเลี้ยวเบนจะรบกวนซึ่งกันและกัน ความยาวคลื่นแต่ละช่วงจะเบี่ยงเบนไปจากมุมหนึ่ง และแสงจะสลายตัวเป็นสเปกตรัม เป็นผลให้เราสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงบนตะแกรง

สูตรตะแกรงเลี้ยวเบน:

ที่นี่ ง– ยุคขัดแตะ ฟิ– มุมการโก่งตัวของแสงหลังจากผ่านตะแกรง เค- คำสั่ง การเลี้ยวเบนสูงสุด, แลมบ์ดา– ความยาวคลื่น

วันนี้เราได้เรียนรู้ว่าปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนและการกระจายตัวของแสงคืออะไร ในหลักสูตรทัศนศาสตร์ ปัญหาในหัวข้อการรบกวน การกระจาย และการเลี้ยวเบนของแสงเป็นเรื่องปกติมาก ผู้เขียนตำราเรียนชอบปัญหาดังกล่าวมาก สิ่งเดียวกันนี้ไม่สามารถพูดได้เกี่ยวกับผู้ที่ต้องแก้ไขพวกเขา หากคุณต้องการรับมือกับงานต่างๆ ได้ง่าย เข้าใจหัวข้อ และประหยัดเวลาในเวลาเดียวกัน ติดต่อ พวกเขาจะช่วยคุณรับมือกับงานใด ๆ !

การสังเกตการแพร่กระจายของคลื่นบนผิวน้ำจากสองหรือ มากกว่าแหล่งที่มาแสดงว่าคลื่นผ่านกันโดยไม่มีผลกระทบต่อกันเลย ในทำนองเดียวกัน คลื่นเสียงไม่กระทบกัน เมื่อวงออเคสตราเล่น เสียงจากเครื่องดนตรีแต่ละชิ้นจะมาหาเราเหมือนกับว่าเครื่องดนตรีแต่ละชิ้นเล่นแยกกันทุกประการ

อันนี้เป็นการทดลอง ข้อเท็จจริงที่จัดตั้งขึ้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าภายในขอบเขตของการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่น การบีบอัดหรือการยืดตัวของร่างกายไปในทิศทางเดียวจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติความยืดหยุ่นเมื่อเปลี่ยนรูปไปในทิศทางอื่น ดังนั้นในแต่ละจุดที่คลื่นไปถึง แหล่งที่มาที่แตกต่างกันซึ่งเป็นผลจากการกระทำของคลื่นหลายลูกในช่วงเวลาหนึ่งๆ เท่ากับผลรวมผลลัพธ์ของแต่ละคลื่นแยกกัน รูปแบบนี้เรียกว่าหลักการของการซ้อนทับ

การรบกวนของคลื่น

เพื่อให้เข้าใจเนื้อหาของหลักการซ้อนทับมากขึ้น ให้เราทำการทดลองต่อไปนี้

ในอ่างคลื่น โดยใช้เครื่องสั่นที่มีแท่งสองอัน เราจะสร้างแหล่งกำเนิดคลื่นสองจุดที่มีความถี่เท่ากัน

ความลังเล การสังเกตพบว่าในกรณีนี้ รูปแบบพิเศษของการแพร่กระจายคลื่นจะปรากฏขึ้นในอ่างคลื่น บน ผิวน้ำแถบจะถูกไฮไลท์บริเวณที่ไม่มีการสั่นสะเทือน (รูปที่ 226)

ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้สามารถพบได้ในการทดลองกับคลื่นเสียง มาติดตั้งลำโพงไดนามิกสองตัวแล้วเชื่อมต่อเข้ากับเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดเสียงตัวเดียว เมื่อเคลื่อนที่ในห้องเรียนเป็นระยะทางสั้นๆ คุณจะได้ยินได้จากการได้ยินว่าเสียงดังในบางจุดในพื้นที่ และเงียบในที่อื่นๆ คลื่นเสียงจากสองแหล่งจะเสริมกำลังซึ่งกันและกันในบางจุดในอวกาศ และอ่อนแรงซึ่งกันและกันที่จุดอื่น (รูปที่ 227)

ปรากฏการณ์ของการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของความกว้างของคลื่นที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเพิ่มคลื่นตั้งแต่สองคลื่นขึ้นไปที่มีคาบการสั่นเท่ากันเรียกว่าการรบกวนของคลื่น

ปรากฏการณ์การรบกวนของคลื่นไม่ได้ขัดแย้งกับหลักการของการซ้อนทับ ณ จุดที่ไม่มีแอมพลิจูดของการแกว่ง คลื่นสองลูกที่เผชิญหน้ากันจะไม่ "ยกเลิก" ซึ่งกันและกัน โดยทั้งสองคลื่นจะแพร่กระจายต่อไปโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง

เงื่อนไขสำหรับการรบกวนขั้นต่ำและสูงสุด

แอมพลิจูดของการแกว่งเป็นศูนย์ที่

จุดเหล่านั้นในอวกาศที่คลื่นที่มีแอมพลิจูดและความถี่เท่ากันมาถึงพร้อมกับการเปลี่ยนเฟสของการสั่นประมาณหรือครึ่งหนึ่งของคาบการสั่น ด้วยกฎการแกว่งที่เหมือนกันของแหล่งกำเนิดคลื่นสองแห่ง ความแตกต่างจะเป็นครึ่งหนึ่งของระยะเวลาการสั่น โดยมีเงื่อนไขว่าความแตกต่างในระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นถึงจุดนี้เท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น:

หรือครึ่งคลื่นเป็นจำนวนคี่:

ความแตกต่างนี้เรียกว่าผลต่างเส้นทางของคลื่นรบกวนและสภาวะ

เรียกว่าเงื่อนไขขั้นต่ำของการรบกวน

การรบกวนสูงสุดจะสังเกตได้ที่จุดในอวกาศที่คลื่นมาถึงโดยมีเฟสการแกว่งเท่ากัน เมื่อพิจารณาจากกฎการแกว่งที่เหมือนกันของแหล่งกำเนิดทั้งสอง เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขนี้ ผลต่างของเส้นทางจะต้องเท่ากับจำนวนเต็มของคลื่น:

การเชื่อมโยงกัน

การรบกวนของคลื่นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขการเชื่อมโยงกันเท่านั้น คำว่าสอดคล้องกันหมายถึงความสม่ำเสมอ การสั่นที่มีความถี่เท่ากันและความแตกต่างของเฟสคงตัวในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่าการสั่นที่สอดคล้องกัน

การรบกวนและกฎการอนุรักษ์พลังงาน

พลังงานของคลื่นสองคลื่นหายไปในบริเวณที่มีการรบกวนน้อยที่สุดที่ไหน? หากเราพิจารณาเพียงแห่งเดียวที่มีคลื่นสองลูกมาบรรจบกัน คำถามดังกล่าวก็ไม่สามารถตอบได้อย่างถูกต้อง การแพร่กระจายคลื่นไม่ใช่ชุดของกระบวนการออสซิลเลชันอิสระที่แต่ละจุดในอวกาศ สาระสำคัญของกระบวนการคลื่นคือการถ่ายโอนพลังงานการแกว่งจากจุดหนึ่งในอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่ง ฯลฯ เมื่อคลื่นรบกวนในสถานที่ที่มีการรบกวนน้อยที่สุด พลังงานของการสั่นที่เกิดขึ้นจริง ๆ แล้วน้อยกว่าผลรวมของพลังงานของคลื่นรบกวนสองคลื่น . แต่ในตำแหน่งที่มีการรบกวนสูงสุด พลังงานของการแกว่งที่เกิดขึ้นจะเกินผลรวมของพลังงานของคลื่นที่รบกวนด้วยปริมาณที่เท่ากันทุกประการกับพลังงานในตำแหน่งที่มีการรบกวนขั้นต่ำสุดลดลง เมื่อคลื่นรบกวน พลังงานการสั่นจะถูกกระจายไปในอวกาศ แต่ในขณะเดียวกันก็ปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างเคร่งครัด

เศษส่วนของคลื่น

หากคุณลดขนาดของรูในสิ่งกีดขวางตามเส้นทางของคลื่น ยิ่งขนาดของรูเล็กลงเท่าใด การเบี่ยงเบนจากทิศทางการแพร่กระจายคลื่นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (รูปที่ 228, a, b) . การเบี่ยงเบนทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นจากเส้นตรงที่ขอบเขตของสิ่งกีดขวางเรียกว่าการเลี้ยวเบนของคลื่น

ในการสังเกตการเลี้ยวเบนของคลื่นเสียง เราเชื่อมต่อลำโพงเข้ากับเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดเสียง และวางตะแกรงที่ทำจากวัสดุไว้ในเส้นทางของคลื่นเสียง

ดูดซับคลื่นเสียง เมื่อเลื่อนไมโครโฟนไปด้านหลังหน้าจอ คุณจะพบว่าคลื่นเสียงถูกบันทึกไว้ด้านหลังขอบหน้าจอด้วย ความถี่ที่เปลี่ยนไป การสั่นสะเทือนของเสียงดังนั้นความยาวของคลื่นเสียง จึงสรุปได้ว่าปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น

การเลี้ยวเบนของคลื่นเกิดขึ้นเมื่อพบกับสิ่งกีดขวางไม่ว่าจะมีรูปร่างหรือขนาดใดก็ตาม โดยปกติ เมื่อขนาดของสิ่งกีดขวางหรือรูในสิ่งกีดขวางมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความยาวคลื่น การเลี้ยวเบนของคลื่นจะสังเกตได้เพียงเล็กน้อย การเลี้ยวเบนจะแสดงออกมาอย่างชัดเจนที่สุดเมื่อคลื่นผ่านช่องเปิดที่มีมิติตามลำดับความยาวคลื่นหรือเมื่อเผชิญกับสิ่งกีดขวางที่มีมิติเดียวกัน ที่ระยะห่างที่มากเพียงพอระหว่างแหล่งกำเนิดคลื่น สิ่งกีดขวาง และสถานที่ที่สังเกตคลื่น ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนก็สามารถเกิดขึ้นได้กับช่องเปิดหรือสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่

หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนล

คำอธิบายเชิงคุณภาพของปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนสามารถให้ไว้ได้บนพื้นฐานของหลักการของฮอยเกนส์ อย่างไรก็ตาม หลักการของฮอยเกนส์ไม่สามารถอธิบายคุณลักษณะทั้งหมดของการแพร่กระจายคลื่นได้ เอาเป็นว่าขวางทาง คลื่นเครื่องบินในอ่างมีคลื่นมีสิ่งกีดขวางเป็นรูกว้าง ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าคลื่นทะลุผ่านรูและแพร่กระจายไปตามทิศทางเดิมของลำแสง คลื่นจากหลุมจะไม่แพร่กระจายไปในทิศทางอื่น สิ่งนี้ขัดแย้งกับหลักการของฮอยเกนส์ โดยที่คลื่นทุติยภูมิควรแพร่กระจายในทุกทิศทางจากจุดที่คลื่นปฐมภูมิไปถึง

มาวางแนวกั้นกว้างขวางทางคลื่นกันเถอะ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าคลื่นไม่แพร่กระจายเกินสิ่งกีดขวาง ซึ่งขัดแย้งกับหลักการของฮอยเกนส์อีกครั้ง เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้เมื่อคลื่นพบกับสิ่งกีดขวาง นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ออกัสติน เฟรสเนล (พ.ศ. 2331-2370) ในปี พ.ศ. 2358 ได้เสริมหลักการของฮอยเกนส์ด้วยแนวคิดเกี่ยวกับการเชื่อมโยงกันของคลื่นทุติยภูมิและการรบกวนของคลื่นเหล่านั้น การไม่มีคลื่นออกไปจากทิศทางของลำแสงของคลื่นปฐมภูมิด้านหลังรูกว้างตามหลักการไฮเกนส์-เฟรสเนลนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นต่อเนื่องทุติยภูมิที่ปล่อยออกมาจากส่วนต่างๆ ของหลุมจะรบกวนซึ่งกันและกัน ไม่มีคลื่นในบริเวณที่ตรงตามเงื่อนไขขั้นต่ำของการรบกวนสำหรับคลื่นทุติยภูมิจากพื้นที่ต่างๆ

โพลาไรเซชันของคลื่น

ปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบน

สังเกตได้ทั้งระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นตามยาวและตามขวาง อย่างไรก็ตาม คลื่นตามขวางมีคุณสมบัติอย่างหนึ่งที่ไม่มี คลื่นตามยาว, - คุณสมบัติของโพลาไรเซชัน

คลื่นโพลาไรซ์เรียกว่าเช่นนี้ คลื่นตามขวางซึ่งอนุภาคทั้งหมดจะสั่นอยู่ในระนาบเดียวกัน คลื่นโพลาไรซ์ระนาบในสายยางเกิดขึ้นเมื่อปลายสายแกว่งไปมาในระนาบเดียว หากปลายเชือกสั่นไปในทิศทางที่ต่างกัน คลื่นที่แพร่กระจายไปตามสายจะไม่เกิดขั้ว

โพลาไรเซชันของคลื่นนี้สามารถทำได้โดยการวางสิ่งกีดขวางในเส้นทางโดยมีช่องเปิดในรูปแบบของช่องแคบ ช่องนี้อนุญาตให้มีการสั่นสะเทือนของสายไฟที่เกิดขึ้นตามนั้นเท่านั้น ดังนั้นหลังจากผ่านร่องแล้ว คลื่นจึงกลายเป็นโพลาไรซ์ในระนาบของร่อง (รูปที่ 229) หากไกลออกไปบนเส้นทางของคลื่นโพลาไรซ์ระนาบ ช่องที่สองวางขนานกับคลื่นแรก คลื่นจะผ่านไปอย่างอิสระ การหมุนช่องที่สองโดยสัมพันธ์กับช่องแรก 90° จะหยุดกระบวนการกระจายคลื่นในสายไฟ

อุปกรณ์ที่แยกการสั่นสะเทือนที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในระนาบเดียว (ช่องแรก) เรียกว่าโพลาไรเซอร์ อุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณกำหนดระนาบโพลาไรเซชันของคลื่น (ช่องที่สอง) เรียกว่าเครื่องวิเคราะห์

ถ้าขว้างก้อนหิน มันก็จะบินตรงไป อาจชนกับสิ่งกีดขวางและกระเด็นออกไป หากกระทบกับเครื่องบินที่ทำมุมกับทิศทางการบิน มันจะกระเด้งไปด้านข้าง

แต่หินจะไม่สามารถผ่านสิ่งกีดขวางได้ไม่ว่าในกรณีใด ยกเว้นกรณีที่คุณช่วยเขา นั่นคือเขาจะไม่สามารถทำเองได้ การเคลื่อนไหวของวัตถุใดๆ และดังนั้น อนุภาคจึงอยู่ภายใต้กฎหมายนี้ พวกมันกระเด้งออกจากสิ่งกีดขวางหรือบินผ่าน แต่อย่าอ้อมไป

คลื่นมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป ไม่ว่าคุณจะสังเกตเห็นสิ่งนี้หรือไม่ก็ตาม การตรวจสอบไม่ใช่เรื่องยาก: คลื่นที่ผ่านสิ่งกีดขวางจะโค้งงอเล็กน้อยไปรอบ ๆ ในขณะเดียวกันทิศทางของการขยายพันธุ์ก็เปลี่ยนไป เช่นคลื่นน้ำที่ผ่านช่องแคบๆจะขยายออกไปด้านข้างเมื่อไร การเผยแพร่ต่อไป. ปรากฎว่าเธอเดินไปรอบ ๆ สิ่งกีดขวางในรูปแบบของขอบเขตของช่องเปิด

การโก่งตัวของแสงและการเพิ่มคลื่นแสง

คลื่นทั้งหมดมีพฤติกรรมเช่นนี้ ไม่ว่าจะเป็นแบบกลไกหรือแบบแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน ปรากฏการณ์การโก่งตัวของแสงจาก การขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงเมื่อโค้งงอไปรอบ ๆ สิ่งกีดขวางเรียกว่าการเลี้ยวเบนของแสง ตัวอย่างเช่น ขอบเงาที่พร่ามัวเป็นตัวอย่างของการเลี้ยวเบนของแสงที่ขอบของร่างกายซึ่งทำให้เกิดเงา

เนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสง มีปรากฏการณ์อื่นที่เรียกว่าการรบกวนของแสง การรบกวนของแสงคือการเพิ่มความเข้มของคลื่นแสงตั้งแต่ 2 คลื่นขึ้นไป เป็นผลให้เกิดรูปแบบของความเข้มแสงสูงสุดและต่ำสุด

การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงมีความสัมพันธ์กันในลักษณะที่ตรงและทันทีที่สุด ที่จริงแล้ว การรบกวนเป็นผลมาจากการเลี้ยวเบน สามารถทำการทดลองเพื่อสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงที่เข้ามา สภาพห้องปฏิบัติการ. เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ลำแสงจะถูกส่งผ่าน ช่องว่างแคบในวัสดุทึบแสงซึ่งอยู่ด้านหลังหน้าจอ

แถบแสงจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอ ซึ่งจะกว้างกว่าขนาดของรอยกรีดอย่างเห็นได้ชัด สิ่งนี้อธิบายได้จากการเลี้ยวเบนของแสงซึ่งเมื่อผ่านช่องนั้น โค้งงอเล็กน้อยรอบๆ สิ่งกีดขวางทั้งสองในรูปแบบของขอบเขตของช่องนั้น และลำแสงก็กว้างขึ้น หากเราไม่ได้สร้างหนึ่งรายการ แต่มีสองช่องที่อยู่ใกล้ ๆ จากนั้นบนหน้าจอเราจะไม่เห็นแถบแสงสองแถบ แต่เป็นแถบแสงและเงาที่สลับกันทั้งชุด ในกรณีนี้จะมีแถบที่สว่างที่สุดหนึ่งแถบตรงกลาง

นี่เป็นผลมาจากการรบกวนของแสง และเราจะเห็นสิ่งที่เรียกว่า "รูปแบบการรบกวน" คำอธิบายภาพนี้จะง่าย: เนื่องจากการเลี้ยวเบนในแต่ละช่อง ลำแสงจะขยายออก และเมื่อผ่านไปอีก คลื่นสองลูกจะถูกรวมเข้าด้วยกัน

นอกจากนี้ แอมพลิจูดของคลื่นเหล่านี้ยังแตกต่างกันในทุกจุดในอวกาศ ดังนั้น แอมพลิจูดสุดท้ายของคลื่นทั้งหมดที่เกิดจากการบวกของคลื่นสองลูกจะขึ้นอยู่กับว่าแอมพลิจูดของคลื่นดั้งเดิมมีการกระจายในอวกาศอย่างไร

ในบริเวณที่แอมพลิจูดของคลื่นมีค่าสูงสุด จะสังเกตค่าสูงสุดของคลื่นทั้งหมด ในสถานที่อื่นๆ ที่แอมพลิจูดอยู่นอกเฟส แอมพลิจูดทั้งหมดจะเป็นศูนย์ สถานที่ที่เหลือจะอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างสองกรณีนี้

บทความนี้จะตรวจสอบปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ของการรบกวน: มันคืออะไร เกิดขึ้นเมื่อใด และนำไปใช้อย่างไร นอกจากนี้ยังอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับแนวคิดที่เกี่ยวข้องด้วย ฟิสิกส์ของคลื่น- การเลี้ยวเบน

ประเภทของคลื่น

เมื่อคำว่า "คลื่น" ปรากฏในหนังสือหรือในการสนทนาตามกฎแล้วทะเลจะถูกจินตนาการทันที: พื้นที่สีฟ้ากว้างใหญ่ระยะทางที่นับไม่ถ้วนคลื่นทะเลเค็มซัดเข้าหาชายฝั่งทีละคน ผู้อาศัยในทุ่งหญ้าสเตปป์จะจินตนาการถึงมุมมองที่แตกต่างออกไป: หญ้าอันกว้างใหญ่ที่พลิ้วไหวภายใต้สายลมที่อ่อนโยน คนอื่นจะจำคลื่นได้ มองดูรอยพับของม่านหนาทึบ หรือธงที่โบกสะบัดในวันที่แดดจ้า นักคณิตศาสตร์จะคิดถึงคลื่นไซน์ นักวิทยุสมัครเล่นจะคิดถึงการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า พวกเขาทั้งหมดมี ธรรมชาติที่แตกต่างกันและเกี่ยวข้องกับ ประเภทต่างๆ. แต่สิ่งหนึ่งที่ปฏิเสธไม่ได้: คลื่นคือสภาวะของการเบี่ยงเบนไปจากสมดุล การเปลี่ยนแปลงของกฎที่ "ราบรื่น" บางอย่างให้กลายเป็นกฎที่แกว่งไปมา สำหรับพวกเขาแล้วปรากฏการณ์ดังกล่าวสามารถนำไปใช้ได้ เราจะดูว่ามันคืออะไรและเกิดขึ้นได้อย่างไรในภายหลัง ก่อนอื่น เรามาดูกันว่าคลื่นคืออะไร เราแสดงรายการประเภทต่อไปนี้:

• เครื่องกล;
• เคมี;
• แม่เหล็กไฟฟ้า;
• แรงโน้มถ่วง;
• หมุน;
• ความน่าจะเป็น

จากมุมมองทางฟิสิกส์ คลื่นจะถ่ายโอนพลังงาน แต่บังเอิญว่ามวลก็เคลื่อนไหวเช่นกัน ตอบคำถามว่าการรบกวนในฟิสิกส์คืออะไรควรสังเกตว่ามันเป็นลักษณะของคลื่นในลักษณะใด ๆ อย่างแน่นอน

สัญญาณของความแตกต่างของคลื่น

น่าแปลกที่ไม่มีคำจำกัดความของคลื่นเพียงคำเดียว ประเภทของพวกเขามีความหลากหลายมากจนมีประเภทการจำแนกมากกว่าหนึ่งสิบประเภทเพียงอย่างเดียว คลื่นจำแนกตามสัญญาณอะไร?

1. ตามวิธีการกระจายสู่สิ่งแวดล้อม (วิ่งหรือยืน)
2. โดยธรรมชาติของคลื่นนั้นเอง (การสั่นและโซลิตอนจะแตกต่างกันอย่างแม่นยำบนพื้นฐานนี้)
3. ตามประเภทของการกระจายในสภาพแวดล้อม (ตามยาว, ตามขวาง)
4. ตามระดับความเป็นเชิงเส้น (เชิงเส้นหรือไม่เชิงเส้น)
5. ตามคุณสมบัติของตัวกลางที่พวกมันแพร่กระจาย (ไม่ต่อเนื่อง, ต่อเนื่อง)
6. รูปร่าง (แบน ทรงกลม เกลียว)
7. โดยคุณสมบัติ สภาพแวดล้อมทางกายภาพการแพร่กระจาย (เครื่องกล, แม่เหล็กไฟฟ้า, แรงโน้มถ่วง)
8. ในทิศทางการสั่นสะเทือนของอนุภาคตัวกลาง (คลื่นอัด หรือคลื่นเฉือน)
9. ตามเวลาที่ต้องใช้เพื่อกระตุ้นตัวกลาง (เดี่ยว, โมโนโครม, แพ็กเก็ตคลื่น)

และการรบกวนนั้นใช้ได้กับการรบกวนสิ่งแวดล้อมทุกประเภท มีอะไรพิเศษเกี่ยวกับแนวคิดนี้และเหตุใดปรากฏการณ์นี้จึงทำให้โลกของเราเป็นเช่นนี้ เราจะแจ้งให้คุณทราบหลังจากให้ลักษณะของคลื่นแล้ว

ลักษณะของคลื่น

ไม่ว่าคลื่นชนิดไหนก็มีหมด ลักษณะทั่วไป. นี่คือรายการ:

1. หวีเป็นแบบสูงสุด สำหรับคลื่นอัดนี่คือสถานที่ ความหนาแน่นสูงสุดสิ่งแวดล้อม. แสดงถึงค่าเบี่ยงเบนเชิงบวกที่ใหญ่ที่สุดของการแกว่งจากสภาวะสมดุล
2. โพรง (ในบางกรณีเป็นหุบเขา) อยู่ตรงข้ามกับสันเขา ขั้นต่ำ,ยิ่งใหญ่ที่สุด ส่วนเบี่ยงเบนเชิงลบจากสภาวะสมดุล
3. ช่วงเวลาหรือความถี่คือเวลาที่คลื่นใช้ในการเดินทางจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
4. คาบเชิงพื้นที่หรือความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างยอดเขาที่อยู่ติดกัน
5. แอมพลิจูดคือความสูงของยอดเขา อย่างแน่นอน คำจำกัดความนี้จะต้องเข้าใจว่าการรบกวนของคลื่นคืออะไร

เราตรวจสอบคลื่น คุณลักษณะ และการจำแนกประเภทต่างๆ อย่างละเอียด เนื่องจากแนวคิดเรื่อง "สัญญาณรบกวน" ไม่สามารถอธิบายได้หากไม่มีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับปรากฏการณ์ดังกล่าว เช่น การรบกวนของตัวกลาง เราขอเตือนคุณว่าการรบกวนนั้นเหมาะสมสำหรับคลื่นเท่านั้น

ปฏิสัมพันธ์ของคลื่น

ตอนนี้เราเข้าใกล้แนวคิดเรื่อง "การแทรกแซง" แล้ว: มันคืออะไร เกิดขึ้นเมื่อใด และจะนิยามได้อย่างไร ประเภท ประเภท และลักษณะของคลื่นทั้งหมดที่กล่าวข้างต้นเกี่ยวข้องกับกรณีในอุดมคติ สิ่งเหล่านี้เป็นคำอธิบายของ "ม้าทรงกลมในสุญญากาศ" นั่นคือโครงสร้างทางทฤษฎีบางอย่างที่เป็นไปไม่ได้ใน โลกแห่งความจริง. แต่ในทางปฏิบัติ พื้นที่รอบๆ ทั้งหมดเต็มไปด้วยคลื่นต่างๆ แสง เสียง ความร้อน วิทยุ กระบวนการทางเคมี- เหล่านี้คือสภาพแวดล้อม และคลื่นทั้งหมดนี้ก็มีปฏิสัมพันธ์กัน สิ่งหนึ่งที่ควรทราบก็คือการที่จะมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน พวกเขาจะต้องมีลักษณะที่คล้ายคลึงกัน

คลื่นเสียงจะไม่สามารถรบกวนแสงได้ในทางใดทางหนึ่ง และคลื่นวิทยุจะไม่โต้ตอบกับลมในทางใดทางหนึ่ง แน่นอนว่ายังคงมีอิทธิพลอยู่ แต่ก็มีน้อยมากจนไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของมัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่ออธิบายว่าการรบกวนของแสงคืออะไร จะถือว่าโฟตอนหนึ่งส่งผลกระทบต่ออีกโฟตอนหนึ่งเมื่อมาบรรจบกัน ดังนั้นรายละเอียดเพิ่มเติม

การรบกวน

สำหรับคลื่นหลายประเภท หลักการของการซ้อนทับถูกนำมาใช้: เมื่อคลื่นมาบรรจบกันที่จุดหนึ่งในอวกาศ คลื่นเหล่านี้จะโต้ตอบกัน การแลกเปลี่ยนพลังงานสะท้อนให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูด กฎปฏิสัมพันธ์มีดังนี้: หากจุดสูงสุดสองจุดบรรจบกันที่จุดหนึ่ง จากนั้นในคลื่นสุดท้ายความเข้มของจุดสูงสุดจะเพิ่มเป็นสองเท่า ถ้าค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดมาบรรจบกัน แอมพลิจูดที่ได้จะกลายเป็นศูนย์ นี่เป็นคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามที่ว่าการรบกวนของแสงและเสียงคืออะไร นี่เป็นปรากฏการณ์การซ้อนทับโดยพื้นฐานแล้ว

การรบกวนของคลื่นที่มีลักษณะต่างกัน

เหตุการณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้นแสดงถึงการพบกันของคลื่นสองลูกที่เหมือนกันในปริภูมิเชิงเส้น อย่างไรก็ตาม คลื่นต้านการแพร่กระจายสองคลื่นสามารถมีความถี่ แอมพลิจูด และความยาวที่แตกต่างกันได้ ในกรณีนี้จะนำเสนอภาพสุดท้ายได้อย่างไร? คำตอบอยู่ที่ว่าผลลัพธ์จะไม่เหมือนคลื่นเสียทีเดียว นั่นคือ คำสั่งที่เข้มงวดการสลับค่าสูงสุดและต่ำสุดจะหยุดชะงัก: ในบางจุดแอมพลิจูดจะสูงสุด ต่อไปจะน้อยลง จากนั้นค่าสูงสุดและต่ำสุดจะบรรจบกัน และผลลัพธ์จะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าความแตกต่างระหว่างคลื่นทั้งสองจะรุนแรงเพียงใด แอมพลิจูดจะยังคงเกิดซ้ำไม่ช้าก็เร็ว ในทางคณิตศาสตร์เป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงอนันต์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว แรงเสียดทานและความเฉื่อยสามารถหยุดการดำรงอยู่ของคลื่นที่เกิดขึ้นได้ ก่อนที่รูปแบบของยอดเขา หุบเขา และที่ราบจะเกิดขึ้นซ้ำอีกครั้ง

การรบกวนของคลื่นที่มาบรรจบกันเป็นมุม

แต่นอกเหนือจากคุณลักษณะของตัวเองแล้ว คลื่นจริงอาจมีตำแหน่งที่แตกต่างกันในอวกาศ ตัวอย่างเช่น เมื่อพิจารณาว่าการรบกวนของเสียงคืออะไร จะต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย ลองนึกภาพ: เด็กชายคนหนึ่งเดินและเป่านกหวีด มันจะส่งคลื่นเสียงไปข้างหน้าตัวมันเอง และเด็กชายอีกคนหนึ่งขี่จักรยานผ่านเขาไปและสั่นกริ่งเพื่อให้คนเดินถนนเคลื่อนตัวออกไป เมื่อคลื่นเสียงทั้งสองมาบรรจบกัน พวกมันจะตัดกันที่มุมหนึ่ง จะคำนวณแอมพลิจูดและรูปร่างของการสั่นสะเทือนสุดท้ายของอากาศซึ่งจะบินไปยังผู้ขายเมล็ดทานตะวันที่ใกล้ที่สุดได้อย่างไร - คุณยาย Masha นี่คือจุดที่องค์ประกอบเวกเตอร์มีผลใช้บังคับ คลื่นเสียง. และในกรณีนี้ มีความจำเป็นต้องเพิ่มหรือลบไม่เพียงแต่ค่าแอมพลิจูดเท่านั้น แต่ยังต้องรวมเวกเตอร์ของการแพร่กระจายของการแกว่งเหล่านี้ด้วย เราหวังว่าคุณยายมาชาจะไม่ตะโกนใส่พวกที่มีเสียงดังมากเกินไป

การรบกวนของแสงที่มีโพลาไรเซชันต่างกัน

นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นที่โฟตอนของโพลาไรเซชันต่างกันมาบรรจบกันที่จุดหนึ่ง ในกรณีนี้ ควรคำนึงถึงองค์ประกอบเวกเตอร์ของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย หากพวกมันไม่ตั้งฉากกันหรือลำแสงใดลำหนึ่งมีโพลาไรเซชันแบบวงกลมหรือรูปไข่ ปฏิสัมพันธ์ก็ค่อนข้างเป็นไปได้ วิธีการระบุความบริสุทธิ์ทางแสงของคริสตัลมีหลายวิธีที่ใช้หลักการนี้: ไม่ควรมีปฏิสัมพันธ์ในลำแสงโพลาไรซ์ที่ตั้งฉากกัน หากภาพบิดเบี้ยว แสดงว่าคริสตัลไม่เหมาะเพราะเปลี่ยนโพลาไรเซชันของลำแสง ซึ่งหมายความว่าขยายไม่ถูกต้อง

การรบกวนและการเลี้ยวเบน

อันตรกิริยาของลำแสงสองลำทำให้เกิดการรบกวน ซึ่งส่งผลให้ผู้สังเกตเห็นชุดของแสง (สูงสุด) และแถบหรือวงแหวนสีเข้ม (ขั้นต่ำ) แต่ปฏิสัมพันธ์ของแสงและสสารจะมาพร้อมกับปรากฏการณ์อื่น - การเลี้ยวเบน ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันนั้นถูกหักเหต่างกันไปตามตัวกลาง ตัวอย่างเช่นหากความยาวคลื่นคือ 300 นาโนเมตรมุมโก่งจะเป็น 10 องศาและถ้าเป็น 500 นาโนเมตร - 12 แล้ว ดังนั้นเมื่อแสงตกบนปริซึมควอตซ์จาก แสงตะวันสีแดงหักเหแตกต่างจากสีม่วง (ความยาวคลื่นต่างกัน) และผู้สังเกตการณ์มองเห็นรุ้งกินน้ำ นี่คือคำตอบสำหรับคำถามว่าการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงคืออะไร และแตกต่างกันอย่างไร หากคุณส่งรังสีเอกรงค์เดียวจากเลเซอร์ไปยังปริซึมเดียวกัน จะไม่มีรุ้งกินน้ำ เนื่องจากไม่มีโฟตอนที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ลำแสงจะเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมของการแพร่กระจายเป็นมุมหนึ่งเท่านั้น

การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์การรบกวนในทางปฏิบัติ

มีโอกาสมากมายที่จะได้รับประโยชน์เชิงปฏิบัติจากปรากฏการณ์ทางทฤษฎีล้วนๆ นี้ เฉพาะรายการหลักเท่านั้นที่จะแสดงอยู่ที่นี่:

1. การวิจัยคุณภาพคริสตัล เราพูดคุยเกี่ยวกับเรื่องนี้สูงขึ้นเล็กน้อย
2. การระบุข้อผิดพลาดของเลนส์ บ่อยครั้งจะต้องบดให้เป็นรูปทรงกลมที่สมบูรณ์แบบ ตรวจพบข้อบกพร่องใดๆ อย่างแม่นยำโดยใช้ปรากฏการณ์การรบกวน
3. การกำหนดความหนาของฟิล์ม ในการผลิตบางประเภท ความหนาคงที่ของฟิล์ม เช่น พลาสติก มีความสำคัญมาก เป็นปรากฏการณ์ของการรบกวนและการเลี้ยวเบนที่ทำให้สามารถกำหนดคุณภาพของมันได้
4. เลนส์ให้ความกระจ่าง แว่นตา เลนส์กล้อง และกล้องจุลทรรศน์ถูกปกคลุมด้วยฟิล์มบางๆ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความยาวที่แน่นอนพวกเขาเพียงแค่ไตร่ตรองและวางทับตัวเอง ลดการรบกวน ส่วนใหญ่การตรัสรู้จะทำในส่วนสีเขียว สเปกตรัมแสงเนื่องจากนี่คือบริเวณที่สายตามนุษย์มองเห็นได้ดีที่สุด
5. การสำรวจอวกาศ. เมื่อทราบกฎการรบกวน นักดาราศาสตร์จึงสามารถแยกสเปกตรัมของดาวฤกษ์สองดวงที่อยู่ใกล้ๆ กัน และกำหนดองค์ประกอบและระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์กับโลกได้
6. การวิจัยเชิงทฤษฎี กาลครั้งหนึ่งด้วยความช่วยเหลือของปรากฏการณ์การแทรกแซงที่สามารถพิสูจน์ได้ ธรรมชาติของคลื่น อนุภาคมูลฐานเช่นอิเล็กตรอนและโปรตอน สิ่งนี้ยืนยันสมมติฐานของความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นในโลกไมโครและเป็นจุดเริ่มต้นของยุคควอนตัม

เราหวังว่าในบทความนี้ ความรู้ของคุณเกี่ยวกับการซ้อนของคลื่นที่สอดคล้องกัน (ที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดที่มีความต่างเฟสคงที่และความถี่เท่ากัน) จะขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการรบกวน