Интерференция света

Свет — это электромагнитная волна определенного диапазона частот, распространяющаяся в пространстве. И как волновое явление, свет демонстрирует все признаки волны. Одним из таких признаков является интерференция. Кратко поговорим на эту тему, дадим определение интерференции, рассмотрим ее механизм.

Явление интерференции

Большинство сред, где происходит распространение волн, подчиняется принципу суперпозиции, известного из курса физики 9 класса. Поэтому, если в такой среде распространяются волны от двух и более источников, то в точке встречи мгновенное значение амплитуд волн складывается. При этом, если частоты волн одинаковы, то происходит интересное явление, называемое интерференцией.

Если на воде возбуждать две волны одинаковой частоты, то, глядя на расходящиеся круги, можно заметить, что там, где круги от разных источников начинают сливаться, на кругах появляются участки, где высота волны усиливается, и участки, где, наоборот, волна практически исчезает. Распространяющиеся «суммарные» круги получаются пересечены линиями отсутствия волн, которые радиально расходятся от источников.

Интерференционная картина на воде

Рис. 1. Интерференционная картина на воде.

Почему происходит интерференция?

Условия максимумов и минимумов

Вкратце, схема образования интерференционной картины следующая. В момент встречи двух волн одинаковой амплитуды их сложение дает некоторое значение амплитуды: от нуля до двойной амплитуды.

Для того чтобы в данной точке суммарная волна колебалась с удвоенной амплитудой, необходимо, чтобы разность фаз в этой точке была равна нулю, а это возможно, если в разность хода волн $Δd$ укладывается целое число волн (четное число полуволн):

$$Δd_{max} = \pm k\lambda$$

Для того чтобы суммарная волна имела нулевую амплитуду, необходимо, чтобы фаза одной волны отличалась от другой на половину периода. То есть в разность хода должно укладываться нечетное число полуволн:

$$Δd_{min} = \pm (2k+1){\lambda \over 2}$$

Если разность хода имеет величину, в которую не укладывается целое число полуволн, то результирующая амплитуда будет иметь некоторое промежуточное значение.

Рис. 2. Условия максимума и минимума интерференции.

Когерентность

Для появления интерференционной картины необходимо, чтобы условия минимумов и максимумов в данной точке не менялись. То есть чтобы разность хода двух волн всегда содержала одинаковое число полуволн. Это условие выполняется в том случае, если источники волн не перемещаются, а возбуждаемые волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники, отвечающие этому условию, называются когерентными. Только волны когерентных источников дают устойчивую интерференционную картину.

Если источники некогерентны, то во всех точках среды условия минимумов и максимумов начинают постоянно меняться, и устойчивая интерференционная картина сменяется хаотичным волновым процессом.

Интерференция света

В обычной жизни наблюдать интерференцию света от двух источников невозможно. Происходит это потому, что обычные источники света некогерентны: у них, как правило, неодинакова частота, и фаза излучения меняется со временем.

Однако, если две световых волны будут являться частями одного светового пучка, можно добиться, чтобы возникла интерференционная картина.

Наиболее частым примером интерференции света, доказывающим волновую его природу, является появление радуги на тонкой поверхности мыльного пузыря или масла на воде. Луч света, попавший в тонкую пленку, отражается от двух ее поверхностей, образуя внутри пленки два когерентных луча. При сложении эти лучи образуют чередование светлых и темных полос. При этом еще играет роль и разность толщины пленки: условия чередования в разных местах выполняются для света разной длины. В результате на тонкой пленке суммарная интерференционная картина складывается из интерференционных картин разных длин волн, образуя радужные переливы.

Радужные переливы на воздушных пузырях

Рис. 3. Радужные переливы на воздушных пузырях.

Что мы узнали?

Интерференция — это явление сложения двух волн, в результате которого в среде появляются участки волны с двойной и с нулевой амплитудой. Условия максимумов и минимумов описываются специальными формулами. Появление интерференционной картины на тонких пленках доказывает волновую природу света.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Свет — это:

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    
  • Андрей Иванов
    10/10

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5. Всего получено оценок: 75.

Предметы