Интерференција, дифракција и принцип суперпозиције

Интерференција се дешава када таласи узајамно делују, док се дифракција дешава када талас пролази кроз отвор. Овим интеракцијама управља принцип суперпозиције. Интерференција, дифракција и принцип суперпозиције важни су концепти за разумевање неколико примена таласа.

Када два таласа узајамно делују, принцип суперпозиције каже да је резултирајући таласна функција је збир двеју појединачних таласних функција. Овај феномен се генерално описује као сметње.

Размотрите случај где вода капље у каду воде. Ако једна кап удари у воду, створиће кружни талас валовања преко воде. Ако бисте, међутим, почели да капљете воду у неком другом тренутку такође почните да правите сличне таласе. У местима где се ти таласи преклапају, резултујући талас би био збир два ранија таласа.

Ово важи само за ситуације у којима је таласна функција линеарна, тамо где и зависи Икс и т само на прву снага. Неке ситуације, попут нелинеарног еластичног понашања које се не покорава Хоокеов закон

То би могло бити очигледно, али вероватно је добро да се и на овом принципу јасно подразумева таласе сличног типа. Очигледно да таласи воде неће ометати електромагнетне таласе. Чак и међу сличним типовима таласа, ефекат је углавном ограничен на таласе готово (или тачно) исте таласне дужине. Већина експеримената са укључивањем сметњи обезбеђује да су таласи идентични у овом погледу.

Слика десно приказује два таласа, а испод њих како се та два таласа комбинују да би показали сметње.

Када се гребени преклапају, талас суперпозиције достиже максималну висину. Ова висина је зброј њихових амплитуда (или дупло веће од њихове амплитуде, у случају када почетни таласи имају једнаку амплитуду). Исто се дешава и када се корита преклапају, стварајући резултирајуће корито које је зброј негативних амплитуда. Ова врста ометања се назива конструктивне сметње јер повећава укупну амплитуду. Још један анимирани пример можете видети кликом на слику и преласком на другу слику.

Алтернативно, када се гребен таласа преклапа са жилом другог таласа, таласи се поништавају један до другог. Ако су таласи симетрични (тј. Иста таласна функција, али померани са фазном или пола таласном дужином), потпуно ће се отказати. Ова врста ометања се назива деструктивне сметње и може се приказати на графичкој слици десно или кликом на ту слику и преласком на другу представу.

У ранијем случају валовања у кади с водом, зато бисте видели неке тачке интерференцијски таласи су већи од сваког појединог таласа и неке тачке у којима таласи отказују сваки други напоље.

Познат је посебан случај сметње дифракција и дешава се када талас погоди баријеру отвора или ивице. На ивици препреке талас је одсечен и ствара преостале ефекте сметњи са преосталим делом таласне фронте. Пошто готово све оптичке појаве укључују светлост која пролази кроз неку врсту отвора - било да је то око, сензор, а телескоп, или било шта друго - у скоро свим се дешава дифракција, мада је у већини случајева ефекат такав занемарљиво. Дифракција обично ствара „нејасну“ ивицу, мада у неким случајевима (као што је Иоунг-ов експеримент са двоструким прорезом, описан у даљем тексту) дифракција може сама по себи изазвати феномене од интереса.

Мешање је интригантан концепт и има неке последице које су вредне примети, посебно у области светлости где је такву сметњу релативно лако уочити.

Ин Експеримент са двоструким прорезом Тхомас Иоунгна пример, интерференцијални обрасци који настају услед дифракције светлосног „таласа“ чине да можете да осветлите једнолично светло и раздвојите га у низ светлих и тамних трака само слањем кроз две прорезе, што сигурно није оно што би неко очекивао. Још изненађујуће је да извођење овог експеримента са честицама, попут електрона, резултира сличним таласним својствима. Било која врста таласа показује овакво понашање, уз правилно подешавање.

Можда је најфасцинантнија примена сметњи створити холограми. То се постиже рефлексијом кохерентног извора светлости, као што је ласер, од неког предмета на посебан филм. Интерференцијални обрасци створени рефлектираном светлошћу резултирају холографском сликом која се може видети када се поново постави у праву светлост.