Häiriöt, diffraktio ja superpositioperiaate

Häiriöt tapahtuvat, kun aallot ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, kun taas diffraktio tapahtuu, kun aalto kulkee aukon läpi. Näitä vuorovaikutuksia ohjaa superpositiikan periaate. Häiriöt, diffraktio ja superpositioperiaate ovat tärkeitä käsitteitä useiden aaltojen sovellusten ymmärtämiseksi.

Kun kaksi aaltoa ovat vuorovaikutuksessa, superpositioperiaate sanoo, että tuloksena oleva aalto-toiminto on kahden yksittäisen aaltofunktion summa. Tätä ilmiötä kuvataan yleensä nimellä häiriö.

Harkitse tapausta, jossa vesi tippuu vesisäiliöön. Jos vettä osuu yksi tippa, se luo pyöreän aallon väreilyä veden yli. Jos kuitenkin alkaisit tiputtaa vettä toisesta kohdasta, se tekisi myös alkaa tehdä samanlaisia ​​aaltoja. Kohdissa, joissa nämä aallot menevät päällekkäin, syntyvä aalto olisi kahden aikaisemman aallon summa.

Tämä pätee vain tilanteisiin, joissa aaltofunktio on lineaarinen, siitä se riippuu x ja T vain ensimmäiseen teho. Jotkut tilanteet, kuten epälineaarinen joustava käyttäytyminen, joka ei noudata

Se voi olla ilmeinen, mutta on luultavasti hyvä olla myös selvä, että tämä periaate sisältää saman tyyppisiä aaltoja. Ilmeisesti vesiaallot eivät häiritse sähkömagneettisia aaltoja. Jopa samanlaisten aaltotyyppien joukossa vaikutus rajoittuu yleensä aaltoihin, joilla on käytännössä (tai tarkalleen) sama aallonpituus. Useimmat kokeet häiriöiden tekemiseksi varmistavat, että aallot ovat identtiset näiltä osin.

Oikealla olevassa kuvassa näkyy kaksi aaltoa ja niiden alla kuinka nämä kaksi aaltoa yhdistetään häiriöiden osoittamiseksi.

Kun kuoret ovat päällekkäin, superpositiotaalto saavuttaa maksimikorkeuden. Tämä korkeus on niiden amplitudien summa (tai kaksi kertaa niiden amplitudi, siinä tapauksessa, että aloitusaallot ovat yhtä suuret). Sama tapahtuu, kun kourut ovat päällekkäin, jolloin muodostuu tuloksena oleva kouru, joka on negatiivisten amplitudien summa. Tällaista häiriötä kutsutaan rakentava häiriö koska se lisää kokonaisamplitudia. Toinen ei-animoitu esimerkki voidaan nähdä napsauttamalla kuvaa ja siirtymällä toiseen kuvaan.

Vaihtoehtoisesti, kun aallon harja on päällekkäinen toisen aallon kourun kanssa, aallot kumoavat toisiaan jossain määrin. Jos aallot ovat symmetrisiä (ts. Sama aaltofunktio, mutta siirtyy vaihe- tai puoliaallonpituudella), ne kumoavat toisiaan kokonaan. Tällaista häiriötä kutsutaan tuhoisa häiriö ja sitä voidaan tarkastella oikealla olevassa kuvassa tai napsauttamalla kuvaa ja siirtymällä toiseen esitykseen.

Aikaisemmassa tapauksessa, jossa on väreilyä vesikylvyssä, näisit siis joitain kohtia, joissa häiriöaallot ovat suurempia kuin kukin yksittäinen aalto, ja jotkut kohdat, joissa aallot kumoavat kumpikin muut ulos.

Erityinen häiriötapaus tunnetaan nimellä diffraktio ja tapahtuu, kun aalto osuu aukon tai reunan esteeseen. Esteen reunasta aalto leikataan, ja se aiheuttaa häiriövaikutuksia aaltofronttien jäljellä olevaan osaan. Koska melkein kaikkiin optisiin ilmiöihin liittyy valon kulkeminen jonkinlaisen aukon läpi - olipa se silmä, anturi, a kaukoputki tai mikä tahansa - diffraktio tapahtuu melkein kaikissa, vaikka useimmissa tapauksissa vaikutus on merkityksetön. Diffraktio luo tyypillisesti "sumea" reunan, vaikka joissakin tapauksissa (kuten Youngin kaksoishalkaisukoe, kuvattu alla) diffraktio voi aiheuttaa itsessään kiinnostavia ilmiöitä.

Häiriöt on kiehtova käsite, ja sillä on joitain huomion arvoisia vaikutuksia, etenkin valon alueella, jolla tällainen häiriö on suhteellisen helppo havaita.

Sisään Thomas Youngin kaksoisrakoitettu kokeiluesimerkiksi valon "aallon" diffraktiosta johtuvat häiriökuviot tekevät siitä niin, että voit loistaa tasaisen valon ja jaa se sarjaksi vaaleita ja tummia bändejä lähettämällä se kahden raon läpi, mikä ei todellakaan ole mitä voisi odottaa. Vielä yllättävämpää on, että tämän kokeen suorittaminen hiukkasilla, kuten elektroneilla, johtaa samanlaisiin aaltomaisiin ominaisuuksiin. Kaikilla aalloilla on tällainen käyttäytyminen oikein asennettuna.

Ehkä kiehtovin sovellus häiriöihin on luoda hologrammit. Tämä tapahtuu heijastamalla koherentti valonlähde, kuten laser, esineestä, erikoiskalvolle. Heijastuneen valon aiheuttamat häiriökuviot ovat tuloksena holografisesta kuvasta, jota voidaan tarkastella, kun se on jälleen sijoitettu oikean tyyppiseen valaistukseen.