Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 44. Интерференция волн. Однако если происходит нало-
жение волн одинаковой частоты, имеющих, следовательно, одинаковую длину волны, то могут возникнуть своеобразные и очень важные явления, к которым мы теперь и перейдем. Рис. 91. Результаты наложения кольцевых волн Укрепим на одной колеблющейся пластинке два проволоч- ных острия, которые будут одновременно ударять по поверхно- сти воды в нашей ванне. Мы получим две кольцевые волны с одинаковой длиной волны, разбегающиеся из двух центров и налагающиеся друг на друга. Если расстояние между остриями больше длины волны, то мы увидим картину, изображенную на рис. 91. Происходит не просто усиление волнения воды, чего можно было бы ожидать на первый взгляд, а более сложное явление. На поверхности воды получается ряд областей, в которых колебания особенно сильны (максимумы aa
, bb
, . . .), разделенных областями сильно ослабленного волнения (минимумы mm
, nn , . . .). Такая картина Гл. V. Интерференция волн 117
чередующихся максимумов и минимумов колебания называет- ся интерференционной картиной, а само явление наложения волн, когда оно приводит к образованию этой картины, — интерференцией волн. Происхождение интерференционной картины в данном опыте позволит нам понять, в чем заключаются условия возникновения интерференции вообще. В каждой точке колебание поверхности воды является сум- мой колебаний, вызванных каждой волной в отдельности. Пусть в каком-то месте в данный момент сошлись гребни обеих волн, т. е. обе волны пришли сюда в о д и н а к о в о й ф а з е. В этой точке получится усиленный подъем воды. Через пол- периода (T /2) гребни сменятся впадинами, причем у о б е и х в о л н о д н о в р е м е н н о, т а к к а к и х п е р и о д о д и н а- к о в. Поверхность воды сильно опустится. Таким образом, в ука- занном месте будет происходить усиленное колебание. Наоборот, в таком месте, где сходятся гребень одной волны со впадиной другой, т. е. где волны проходят в п р о т и в о п о л о ж н ы х ф а з а х, колебания взаимно ослабятся. Ослабление будет про- исходить все время, ибо в любой момент фазы обеих волн будут противоположны и, в частности, через полпериода в этой точке будет впадина первой волны и гребень второй. Таким образом, существенным для возникновения интерференционной картины является то обстоятельство, что волны, идущие из обоих цен- тров, с о г л а с о в а н ы между собой: с д в и г ф а з между колебаниями обеих волн в каждой данной точке о с т а е т с я в с е в р е м я п о с т о я н н ы м. Если бы мы произвольным образом меняли фазу колебаний одного из источников, тогда и в каждой точке поверхности воды фазы обоих колебаний то совпадали бы, то расходились, и рас- положение максимумов и минимумов не было бы устойчивым. Точно так же, если бы периоды колебаний обеих волн были различны, то во всякой точке поверхности усиление колебаний сменялось бы их ослаблением, потом опять усилением и т. д. Чем больше разница периодов или чем быстрее меняется фаза одного из колебаний, тем быстрее меняется расположение максимумов и минимумов. Говоря об интерференционной картине, имеют в виду устой-
максимумов и минимумов. Подобная устойчивая картина воз- никает лишь в том случае, когда налагающиеся волны имеют одинаковый период и неизменный сдвиг фаз колебаний в каждой точке. Такие волны называются когерентными.
118 Гл. V. Интерференция волн Следовательно, устойчивая интерференция может иметь место только при условии когерентности волн. В рассмотренном нами случае когерентность обеспечивается тем, что оба источника (проволочные острия) с в я з а н ы друг с другом, будучи прикреплены к одной и той же колеблющейся пластинке. В этом случае оба когерентных источника дают волны, вы- ходящие из места их возбуждения в одной фазе, т. е. гребни (или впадины) выходят из обоих источников о д н о в р е м е н- н о. Можно было бы представить себе устройство, при котором одна из волн з а п а з д ы в а е т по фазе относительно другой. Но если это запаздывание сохраняется в течение опыта н е и з- м е н н ы м, то источники также являются когерентными (хотя и не совпадающими по фазе) и порождаемые ими волны дают устойчивую интерференционную картину. Таким образом, для когерентности необходим н е и з м е н н ы й с д в и г фаз обеих волн; абсолютное значение же этого сдвига не играет роли. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|