Номер 4, страница 106 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. При каких условиях наблюдается явление интерференции волн?

Явление интерференции волн, то есть устойчивое во времени и пространстве перераспределение энергии колебаний при наложении нескольких волн, приводящее к образованию областей с максимальной и минимальной амплитудой, наблюдается при выполнении следующих условий:

1. Когерентность волн. Это самое главное условие. Волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.
• Одинаковая частота ($ \nu $) или угловая частота ($ \omega $). Если частоты накладывающихся волн различны, то разность их фаз будет непрерывно изменяться со временем. В результате в каждой точке пространства будет происходить то усиление, то ослабление волн, и устойчивая интерференционная картина не возникнет. Будет наблюдаться явление биений.
• Постоянная разность фаз ($ \Delta\phi = \text{const} $). Разность фаз между волнами в любой точке пространства не должна изменяться с течением времени. Только в этом случае картина из максимумов и минимумов будет стационарной и наблюдаемой.

2. Одинаковое или близкое направление колебаний (для поперечных волн). Две поперечные волны, например световые, колебания в которых происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях (ортогональная поляризация), не интерферируют. Для получения четкой интерференционной картины векторы напряженности электрического поля (для электромагнитных волн) или векторы смещения (для механических волн) должны быть коллинеарны или иметь близкие направления.

3. Близкие по значению амплитуды. Контрастность интерференционной картины (различие между яркостью максимумов и минимумов) максимальна, когда амплитуды интерферирующих волн равны. В этом случае в минимумах интенсивность будет равна нулю. Если амплитуда одной волны значительно превосходит амплитуду другой, то минимумы будут неглубокими, и интерференционная картина будет слабоконтрастной и трудно наблюдаемой.

При выполнении этих условий результат сложения волн в данной точке пространства определяется разностью хода волн $ \Delta r $ от источников до этой точки.
• Условие максимума (усиления) интенсивности: разность хода равна целому числу длин волн.
$ \Delta r = k \lambda $, где $ k = 0, \pm1, \pm2, ... $
• Условие минимума (ослабления) интенсивности: разность хода равна нечетному числу полуволн.
$ \Delta r = (2k+1)\frac{\lambda}{2} $, где $ k = 0, \pm1, \pm2, ... $

Ответ: Явление интерференции наблюдается при наложении когерентных волн, то есть волн с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз. Для получения четкой интерференционной картины также необходимо, чтобы волны имели близкие амплитуды и одинаковое направление колебаний (в случае поперечных волн).