Номер 3, страница 224 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. При каких условиях можно наблюдать интерференционную картину?

2. Какое явление называют интерференцией волн?

Интерференцией волн называют явление взаимного усиления или ослабления (перераспределения интенсивности) результирующей волны при наложении двух или нескольких когерентных волн. Это явление основано на принципе суперпозиции, согласно которому при наложении нескольких волн в некоторой точке среды, результирующее смещение частицы среды равно векторной сумме смещений, которые вызывала бы каждая из волн в отдельности.

В результате интерференции в пространстве образуется устойчивая картина чередующихся максимумов (усиление волн) и минимумов (ослабление волн) амплитуды колебаний.

• Конструктивная интерференция (максимум): наблюдается в точках, где разность хода $\Delta d$ двух волн равна целому числу длин волн $\lambda$. В этих точках волны приходят в одинаковой фазе, усиливая друг друга. Условие максимума: $\Delta d = k\lambda$, где $k$ – целое число $(k = 0, \pm1, \pm2, \dots)$.

• Деструктивная интерференция (минимум): наблюдается в точках, где разность хода $\Delta d$ равна нечетному числу полуволн. В этих точках волны приходят в противофазе, ослабляя (гася) друг друга. Условие минимума: $\Delta d = (2k+1)\frac{\lambda}{2}$ или $\Delta d = (k+\frac{1}{2})\lambda$, где $k$ – целое число $(k = 0, \pm1, \pm2, \dots)$.

Интерференция характерна для волн любой природы: механических (звук, волны на воде), электромагнитных (свет, радиоволны) и даже для квантово-механических волн де Бройля.

Ответ: Интерференция – это явление перераспределения интенсивности волн в пространстве, возникающее в результате наложения двух или более когерентных волн, которое приводит к устойчивой картине чередующихся максимумов и минимумов амплитуды.

3. При каких условиях можно наблюдать интерференционную картину?

Для наблюдения устойчивой во времени интерференционной картины необходимо выполнение нескольких условий. Главным из них является когерентность интерферирующих волн.

Когерентность означает, что:

1. Волны должны иметь одинаковую частоту (и, следовательно, длину волны). Для световых волн это означает, что они должны быть монохроматическими. Если частоты волн различны, то разность фаз будет постоянно меняться, и устойчивая картина не возникнет.

2. Разность фаз колебаний, создаваемых волнами в любой точке пространства, должна быть постоянной во времени. Это самое важное требование. Два независимых источника (например, две лампочки) не являются когерентными, так как фаза излучаемых ими волн меняется случайным образом. Поэтому для получения когерентных волн на практике используют метод разделения одной исходной волны на две или несколько частей (например, с помощью двух щелей в опыте Юнга, зеркалами Френеля или в тонких пленках).

Кроме когерентности, для получения чёткой интерференционной картины желательно выполнение следующих дополнительных условий:

• Амплитуды интерферирующих волн должны быть одинаковыми или близкими по значению. Если амплитуда одной волны значительно больше другой, то минимумы интенсивности будут неглубокими (не будут равны нулю), и контрастность интерференционной картины будет низкой.

• Для поперечных волн (например, световых) колебания должны происходить в одной плоскости или в близких плоскостях (волны должны быть одинаково поляризованы). Волны с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации не интерферируют.

Ответ: Для наблюдения интерференционной картины необходимо, чтобы волны были когерентными, то есть имели одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Для получения более четкой картины желательно, чтобы их амплитуды были близки, а для поперечных волн — чтобы они имели одинаковую поляризацию.