Интерференция, дифракция и принцип на суперпозиция

Интерференцията се осъществява, когато вълните си взаимодействат помежду си, докато дифракцията се извършва, когато вълна преминава през блендата. Тези взаимодействия се управляват от принципа на суперпозицията. Интерференцията, дифракцията и принципът на суперпозицията са важни понятия за разбиране на няколко приложения на вълните.

Когато взаимодействат две вълни, принципът на суперпозицията казва, че получената вълнова функция е сумата на двете отделни вълнови функции. Това явление обикновено се описва като смущения.

Помислете за случай, в който вода капе във вана с вода. Ако има една капка, удряща водата, тя ще създаде кръгова вълна от пулсации във водата. Ако обаче трябваше да започнете да капете вода в друг момент, щеше да стане също започнете да правите подобни вълни. В точките, където тези вълни се припокриват, получената вълна ще бъде сумата от двете по-ранни вълни.

Това важи само за ситуации, в които вълновата функция е линейна, оттам зависи х и T

Може да е очевидно, но вероятно е добре да се изясни и този принцип включва вълни от подобен тип. Очевидно вълните на водата няма да пречат на електромагнитните вълни. Дори сред подобни видове вълни, ефектът обикновено се ограничава до вълни с почти (или точно) една и съща дължина на вълната. Повечето експерименти с включване на интерференция гарантират, че вълните са идентични в това отношение.

Картината вдясно показва две вълни и под тях как тези две вълни се комбинират, за да покажат смущения.

Когато гребените се припокриват, вълната на суперпозиция достига максимална височина. Тази височина е сумата от техните амплитуди (или два пъти по-голяма от тяхната амплитуда, в случай че началните вълни имат еднаква амплитуда). Същото се случва, когато коритата се припокриват, създавайки резултиращо корито, което е сумата от отрицателните амплитуди. Този вид намеса се нарича конструктивна намеса защото увеличава общата амплитуда. Друг неанимиран пример може да видите, като щракнете върху картинката и преминете към второто изображение.

Алтернативно, когато гребена на една вълна се припокрива с дъното на друга вълна, вълните се отменят една до друга. Ако вълните са симетрични (т.е. една и съща вълнова функция, но изместена с фаза или дължина на полувълната), те ще се анулират напълно взаимно. Този вид намеса се нарича разрушителна намеса и може да се види в графиката вдясно или като щракнете върху това изображение и преминете към друго представяне.

Следователно в по-ранния случай на пулсации във вана с вода бихте могли да видите някои точки, където интерференционните вълни са по-големи от всяка от отделните вълни и някои точки, където вълните отменят всяка други навън.

Специален случай на намеса е известен като дифракция и се осъществява, когато вълна удари преградата на отвора или ръба. В края на препятствието се отрязва вълна и тя създава интерференционни ефекти с останалата част от вълновите фронтове. Тъй като почти всички оптични явления включват светлина, преминаваща през отвор на някакъв вид - било то око, сензор, а телескоп или каквото и да е - дифракцията се осъществява в почти всички тях, въпреки че в повечето случаи ефектът е такъв незначително. Дифракцията обикновено създава "размит" ръб, въпреки че в някои случаи (като експеримента с двойни прорези на Йънг, описан по-долу) дифракцията може да предизвика интересни явления.

Интерференцията е интригуваща концепция и има някои последици, които си заслужават да се отбележат, по-специално в областта на светлината, където такава намеса е сравнително лесна за наблюдение.

в Двойният експеримент на Томас Йънгнапример, интерференционните модели в резултат на дифракция на светлинната "вълна" го правят така, че да можете да светите равномерна светлина и да го разбиете на поредица от светли и тъмни ленти само като го изпратите през две процепи, което със сигурност не е това, което човек би очаквал. Още по-изненадващо е, че извършването на този експеримент с частици, като електрони, води до подобни вълнообразни свойства. Всякакъв вид вълна проявява това поведение с правилната настройка.

Може би най-увлекателното приложение на намесата е да се създава холограми. Това става чрез отразяване на кохерентния източник на светлина, като лазер, на обекта върху специален филм. Интерференционните модели, създадени от отразената светлина, са резултат от холографското изображение, което може да се види, когато отново се постави в правилния вид осветление.