Толқындардың интерференция құбылысы

Толқынды қозғалыстың қайсысына да болмасын интерференция құбылысы тән. Кеңістіктің әрбір нүктесінде қорытқы тербелістер амплитудаларының уақыт жөнінен тұрақты таралу тәртібі орнайтындай болып, екі немесе бірнеше толқынның қосылуы интерференция деп аталады.

Интерференция құбылысындағы max және min- дар шартына сәйкес қосылатын екі толқынның жол айырмасы ұғымын қалыптастыру

Интерференция болуының басты шарты - толқын көздерінің когеренттілік шарты Орнықты интерференциялық көрініс шығарып алу үшін, толқын көздерінің а) тербеліс жиіліктері бірдей болуы қажет және олардың б) тербеліс фазалары өзара дәл келуі керек немесе уақытқа тәуелсіз тұрақты шама болып, қала беруі тиic. Осы шарттарды қанағаттандыратын көздер когерентті көздер деп аталады. Когерентті толқындар қосылғанда ғана орнықты интерференциялық көрініс пайда болады.

Максимумдар шарты: Егер ортаның берілген нүктесіндегі тербелістерді тудыратын екі толқынның жол айырмасы бүтін санды толқын ұзындықтарына тең болса, онда сол нүктедегі тербеліс амплитудасы максимал болады. d = kλ, мұндағы k=0, 1,2...

Минимумдар шарты : Егер ортаның берілген нүктесіндегі тербелістерді тудыратын екі толқынның жолдарының айырмасы тақ санды жарты толқын ұзындықтарына тең болса, онда сол нүктедегі тербеліс амплитудасы минимал болады: d = (2k+1) λ/2, мұндағы k=0, 1,2...

Толқынның таралу принциптері Гюйгенс принципі Толқындардың жайын сипаттайтын жалпы принципті алғаш Ньютонның замандасы Голландия ғалымы Христиан Гюйгенс ұсынған еді. Гюйгенс принципі бойынша, ортаның ұйтқу барып жеткен әрбір нүктесі екінші реттік толқындардың көзі болып шығады. Толқын бетінің t уақыт мезетіндегі орнын біле тұра, оның келесі t + t уакыт мезетіндегі орнын табу үшін, толқын бетінің әрбір нүктесін екінші реттік толқындар көзі деп қарау керек. Екінші реттік толқындардың бәріне жанама бет келесі уақыт мезетіндегі толқын беті болып шығады. Осы принцип дыбыс, жарық толқындары сияқты кез келген толқындардың таралуын сипаттау үшін бірдей жарамды. Гюйгенс оны алғаш жарық толқыны үшін тұжырымдаған болатын. Механикалық толқындар жағдайында Гюйгенс принципі көрнекі түрде түсіндіріледі: тербелістер барып жеткен ортаның бөлшектері, өз кезегінде, тербеле отырып, ортаның өзара әсерлесетін көршілес бөлшектерін қозғалысқа келтіреді.

Гюйгенс- Френель принципі Френель Гюйгенс принципін екінші реттік толқындардың интерференция идеясымен біріктіріп барып, толқындық теорияны негіздеуде айтарлықтай табыстарға жетті. Френель идеясы бойынша кез келген уақыт мезетіндегі толқындық бет дегеніміз екінші реттік толқындарға жай ғана жанама бет емес, олардың интерференциялануының нәтижесі болып табылады.

Гюйгенс- Френель принципін түсіндіру: 1- екінші реттік (немесе элементар) толқындар; 2- алғашқы толқын шебі; 3- жаңа толқын шебі- екінші реттік толқындардың интерференциялану нәтижесі; 4толқынды тудырушы тербеліс көзі.

Су бетіндегі толқындық құбылыстарды оқып үйренуге арналған құралдың жалпы көрінісі

Толқындық құбылыстарды оқып үйренуге арналған құралмен жасалған демонстрациялық тәжірибелерден, жиілік ~ 6-7гц

Толқындық құбылыстарды оқып үйренуге арналған құралмен жасалған тәжірибелерден, жиілік ~ 4-5Гц

Толқындық құбылыстарды оқып үйренуге арналған құралмен жасалған демонстрациялық тәжірибелерден. Интерференция құбылысы бақыланады.

Толқындық құбылыстарды оқып үйренуге арналған құралмен жасалған демонстрациялық тәжірибелерден. Интерференция құбылысы бақыланады

Су бетіндегі когерентті сфералық толқындардың қосылуын түсіндіру немесе екі когерентті сфералық толқын қосылуының интерференциялық көрінісін моделдеп көрсету схемасы.

Су бетіндегі когерентті сақиналық толқындардың қосылуын түсіндіру

Жұқа қабықшадағы интерференцияны түсіндіру Ағылшын ғалымы Томас Юнг тұңғыш рет, біреуі жұқа қабықшаның сыртқы бетінен, екіншісі ішкі бетінен шағылған 1 мен 2 толқындарды қосу арқылы, онын түстерін түсіндіру мүмкіндігі жөніндегі интерференция құбылысын ашқан данышпан ойға келді

Жұқа қабықшадағы интерференцияны бiз сабын көпiршiктерiнiң немесе асфальттағы шалшық бетiне тамған майда түрлi-түстi болып құбылып тұратын дақ түрiнде байқаймыз. Мұның себебi қабықшаға түскен жарық оның жоғарғы және төменгi беттерiнен шағыла отырып, бiр-бiрiмен қабаттасып интерференцияланады.

Қабықшаның сыртқы және ішкі беттерінен шағылған толқындардың когеренттігі, олардың екеуінің де бір жарық шоғының бөліктері болуымен қамтамасыз етіледі. Әрбір сәуле шығарушы атомнан шыққан толқындар цугасын қабықша екіге бөледі, содан соң осы бөліктер бірігеді де, интерференцияланады

Қалыңдығы өзгермелі жұқа сабын қабықшасындағы интерференциялық жолақтар: а) интерференциялық көрініс; б) интерференциялық жолақтар ені төмен қарай кемиді, себебі қабықша ені артады. Суретте қабықша ені өте үлкендетіліп берілген. Оның ені тіпті төменгі бөлігінде бірнеше мкм- ден артпайды.

Жұқа қабықшадағы интерференциялық көрініс

Ньютон сақиналарын алу схемасы

Микроскоп арқылы Ньютон сақиналарын бақылау: а) тәжірибе схемасы; б) алынатын интерференциялық Ньютон сақиналары

Ньютон сақиналары арқылы жарықтың толқын ұзындығын өлшеу

Ақ жарықтағы Ньютон сақиналары

Көк және қызыл жарықтағы Ньютон сақиналары

Электромагниттік толқьшдардың интерференциясы Электромагниттік толқьшдардың интерференциясын бақылау үшін таратқыш пен қабылдағыштың рупорларын суреттегі сияқты қарамақарсы орналастырып, горизонталь бағыттағы металл қаңылтырды жоғарыдан төмен қозғалтайық. Сонда дыбыстың біресе күшейіп, біресе бәсеңдегенін байқаймыз. Рупордан шығатын толқынның біраз бөлігі қабылдағыш антеннаға түседі. Қалған бөлігі металл бетінен шағылып барьш түседі. Металл қаңылтырды жоғары немесе төмен қозғалта отырып, тура толқын мен шағылған толқынның жол айырымын өзгертеміз. Интерференцияның максимум немесе минимум шарттарының қайсысы орындалатынына байланысты, дыбыс не күшейеді, не әлсірейді.

Интерференцияның қолданылуы Интерференцияның қолданылуы өте манызды және алуан түрлі. Арнаулы приборлар интерферометрлер бар, олардың жұмысы интерференция құбылысына негізделген. Олардың қолданылуы әр түрлі болуы мүмкін; жарық толқындарының ұзындықтарын дәл өлшеу, газдардың және басқа заттардың сыну көрсеткішін өлшеу және т.б. Интерференцияның екі түрлі қолданылуына ерекше тоқталуға болады: Беттерді өңдеу сапасын тексеру және оптиканың жарқындануы.

Беттердің өңделу сапасын тексеру Интерференция жәрдемімен бұйым беттерінің өңделу сапасын, толқын ұзындығының 1/10-дей дәлдікпен, яғни 10-8 м-ге дейінгі дәлдікпен тексеруге болады. Ол үшін өте жұқа эталондық пластина мен бұйым бетінің арасынан жұқа сына тәрізді ауа қабатын жасау керек. Сонда беттің 10-8 м-ге дейінгі тегіс еместігінен, тексерілетін беттен және эталондық пластинаның төменгі жағынан шағылғаннан пайда болған интерференциялық жолақтарда елеулі қисаю пайда болады.

Оптиканың жарқындануы Бұл интерференцияға негізделген. Оптикалық шынылар беттерінен жарық шағылуының жағымсыз салдарын болдырмау үшін, шағылу коэффициентін кішірейту керек. Сонда прибор шығаратын кескін анық «ақшыл-жарқын» болады. Оптиканың жарқындануы деген термин де осыдан келіп шығады.

Назар салып, тыңдағандарыңызға рахмет!