Номер 12, страница 190 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Параграф 23. Механические волны. Звук - номер 12, страница 190.

Условие.

12. Расскажите об интерференции волн.

Решение.

Определение интерференции

Интерференция волн — это явление перераспределения интенсивности (или амплитуды) волн в пространстве в результате их наложения друг на друга. При этом в одних точках пространства наблюдается усиление результирующей волны, а в других — ослабление. Это явление характерно для волн любой природы: механических (звук, волны на воде) и электромагнитных (свет, радиоволны).

Принцип суперпозиции и когерентность

В основе интерференции лежит принцип суперпозиции волн: если в некоторой точке пространства распространяются несколько волн, то результирующее смещение частицы среды в этой точке в любой момент времени равно векторной сумме смещений, которые сообщали бы частице каждая из волн в отдельности.

Для наблюдения устойчивой во времени интерференционной картины необходимо, чтобы волны были когерентными. Когерентными называются волны, которые имеют одинаковую частоту (и длину волны) и постоянную разность фаз в каждой точке пространства, где они накладываются.

Условия максимумов и минимумов

Результат наложения двух когерентных волн в точке наблюдения зависит от разности хода $ \Delta d $ — разности расстояний, которые проходят волны от своих источников до этой точки.

Конструктивная интерференция (усиление волн)

Если разность хода волн равна целому числу длин волн ($ \lambda $), то волны приходят в точку наблюдения в одинаковой фазе (например, гребень с гребнем). В этом случае их амплитуды складываются, и наблюдается максимум интенсивности. Условие максимума:

$ \Delta d = k \lambda $, где $ k = 0, \pm 1, \pm 2, ... $

Разность фаз при этом равна $ \Delta \varphi = 2\pi k $. Результирующая амплитуда $ A_{max} = A_1 + A_2 $.

Деструктивная интерференция (ослабление волн)

Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн ($ \lambda/2 $), то волны приходят в точку в противофазе (гребень с впадиной). Их амплитуды вычитаются, и наблюдается минимум интенсивности. Условие минимума:

$ \Delta d = (2k+1)\frac{\lambda}{2} $, где $ k = 0, \pm 1, \pm 2, ... $

Разность фаз при этом равна $ \Delta \varphi = (2k+1)\pi $. Результирующая амплитуда $ A_{min} = |A_1 - A_2| $. Если амплитуды исходных волн равны ($ A_1 = A_2 $), то в точках минимума происходит полное гашение волн ($ A_{min} = 0 $).

Интерференционная картина

Устойчивое чередование в пространстве областей максимумов и минимумов интенсивности называется интерференционной картиной. Например, при интерференции света от двух щелей на экране наблюдаются чередующиеся светлые и темные полосы.

Примеры и применение интерференции

Цвета тонких пленок: Радужная окраска мыльных пузырей или масляных пятен на воде объясняется интерференцией света, отраженного от верхней и нижней поверхностей пленки. Так как условие усиления зависит от длины волны, белый свет разлагается в спектр.

Просветление оптики: На поверхности линз в объективах наносят тончайшие пленки (антибликовые покрытия). Их толщина подбирается так, чтобы волны, отраженные от двух поверхностей пленки, гасили друг друга за счет деструктивной интерференции, уменьшая потери света.

Интерферометры: Это высокоточные измерительные приборы (например, интерферометр Майкельсона), действие которых основано на явлении интерференции. Они позволяют измерять длину волны света, показатели преломления веществ и очень малые расстояния с высокой точностью.

Голография: Метод создания объемных изображений объектов, основанный на записи и последующем восстановлении интерференционной картины, образованной при сложении предметной и опорной световых волн.

Ответ: Интерференция — это явление сложения двух или более когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение энергии в пространстве с образованием устойчивой картины чередующихся максимумов (конструктивная интерференция) и минимумов (деструктивная интерференция) амплитуды результирующей волны.