Інтерференція (физич.)

Інтерфер е нція хвиль, складання в просторі двох (або декількох) хвиль, при якому в різних точках виходить посилення або ослаблення амплітуди результуючої хвилі. І. характерна для будь-яких хвиль незалежно від їх природи: для хвиль на поверхні рідини, пружних (наприклад, звукових) хвиль, електромагнітних (наприклад, радіохвиль або світлових) хвиль.

Якщо в просторі поширюються дві хвилі, то в кожній точці результуюче коливання є геометричною суму коливань, відповідних кожної з складаються хвиль. Цей так званий принцип суперпозиції дотримується зазвичай з великою точністю і порушується тільки при поширенні хвиль в якому-небудь середовищі, якщо амплітуда (інтенсивність) хвиль дуже велика (див. нелінійна оптика , нелінійна акустика ). І. хвиль можлива, якщо вони когерентні (див. когерентність ).

Найпростіший випадок І. - складання двох хвиль однакової частоти при збігу напрямки коливань в складних хвилях. В цьому випадку, якщо коливання відбуваються за синусоїдальним (гармонійного) закону, амплітуда результуючої хвилі в будь-якій точці простору

де A 1 і A 2 - амплітуди складаються хвиль, а j - різниця фаз між ними в даній точці. Якщо хвилі когерентні, то різниця фаз j залишається незмінною в даній точці, але може змінюватися від точки до точки і в просторі виходить деякий розподіл амплітуд результуючої хвилі з чергуються максимумами і мінімумами. Якщо амплітуди складаються хвиль однакові: A 1 = A 2, то максимальна амплітуда дорівнює подвоєною амплітуді кожної хвилі, а мінімальна - дорівнює нулю. Геометричні місця дорівнює різниці фаз, зокрема відповідної максимумів або мінімумів, являють собою поверхні, що залежать від властивостей і розташування джерел, випромінюючих складаються хвилі. У разі двох точкових джерел, випромінюючих сферичні хвилі, ці поверхні - гіперболоіди обертання.

Інший важливий випадок І. - складання двох плоских хвиль, що поширюються в протилежних напрямках (наприклад, прямий і відображеної). В цьому випадку виходять стоячі хвилі .

Середнє за період значення потоку енергії в хвилі пропорційно квадрату амплітуди. Тому, як випливає з виразу для результуючої амплітуди, при І. відбувається перерозподіл потоку енергії хвилі в просторі. Характерне для І. розподіл амплітуд з чергуються максимумами і мінімумами залишається нерухомим в просторі (або переміщається настільки повільно, що за час, необхідний для спостережень, максимуми і мінімуми не встигають зміститися на величину, порівнянну з відстанню між ними) і його можна спостерігати тільки в випадку, якщо хвилі когерентні. Якщо хвилі не когерентні, то різниця фаз j швидко і безладно змінюється, приймаючи всі можливі значення, так що середнє значення cos j = 0. У цьому випадку середнє значення амплітуди результуючої хвилі виявляється однаковим у різних точках, максимуми і мінімуми розмиваються і інтерференційна картина зникає . Середній квадрат результуючої амплітуди при цьому дорівнює сумі середніх квадратів амплітуд складаються хвиль, т. Е. При складанні хвиль відбувається складання потоків енергії або інтенсивностей.

Описані вище основні риси явища І. однаковою мірою відносяться як до пружним, так і електромагнітних хвиль. Однак у той час як у випадку звукових хвиль і радіохвиль легко забезпечити їх когерентність (наприклад, живлячи різні гучномовці або антени одним і тим же струмом), когерентні світлові пучки можна отримати тільки від одного і того ж джерела світла, застосовуючи спеціальні методи. Інша істотна відмінність між способами здійснення І. звукових хвиль і радіохвиль, з одного боку, і світлових хвиль - з іншого, пов'язане з розмірами випромінювачів. Розміри випромінювачів звукових хвиль і радіохвиль майже завжди можна порівняти з довжиною випромінюваної хвилі, тоді як у разі світлових хвиль зазвичай доводиться мати справу з джерелами світла, розміри яких великі в порівнянні з довжиною хвилі. Тому при І. світлових хвиль істотну роль грає питання про протяжність джерел. В силу цих особливостей І. світла можна спостерігати тільки в спеціальних умовах (докладніше див. В ст. інтерференція світла ).

І. хвиль знаходить важливе застосування, як в наукових дослідженнях, так і в техніці. Оскільки між довжиною хвилі, різницею ходу інтерферуючих променів і розташуванням максимумів і мінімумів існує цілком певний зв'язок, можна, знаючи різниці ходу інтерферуючих хвиль, по розташуванню максимумів і мінімумів визначити довжину хвилі, і навпаки, знаючи довжину хвилі, по розташуванню максимумів і мінімумів визначати різницю ходу променів, т. е. вимірювати відстані. До приладів, в яких використовується І. хвиль, відносяться: оптичні інтерферометри , Радіоінтерферометри, інтерференційні радіодалекоміри і т. д. Див. також інтерференція радіохвиль .

Літ .: Елементарний підручник фізики, під ред. Г. С. Ландсберг, 6 вид., Т. 3, М., 1970, гл. 3; Горелік Р. С., Коливання і хвилі, 2 видавництва., М.-Л., 1959; Ландсберг Г. С., Оптика, 4 видавництва., М., 1957 (Загальний курс фізики, т. 3).