Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика

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-

чивую, не изменяющуюся со временем картину чередования

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: