Interferența undelor

(Interferența a două unde.În fază, cele două unde inferioare creează o interferență constructivă (stânga), rezultând o undă de amplitudine mai mare.În opoziție de fază la 180°, ele creează interferențe distructive (dreapta).)

În fizică, interferența este un fenomen în care două unde se suprapun pentru a forma o undă rezultantă de amplitudine mai mare, inferioară sau aceeași. Interferența se referă, de obicei, la interacțiunea undelor care sunt corelate sau coerente unele cu altele fie pentru că provin din aceeași sursă, fie pentru că au aceeași sau aproape aceeași frecvență. Efectele de interferență pot fi observate la toate tipurile de unde, de exemplu, lumină, radio, acustică, unde de apă de suprafață sau unde de materie.

Mecanisme

(Interferența undelor care se deplasează la stânga (verde) și la dreapta (albastru) într-o singură dimensiune, rezultând în final o undă (roșu) https://www.youtube.com/watch?v=bB4UZ5aiQB0)

Principiul suprapunerii undelor afirmă că, atunci când două sau mai multe unde de propagare de același tip sunt incidente pe același punct, amplitudinea rezultantă la acel punct este egală cu suma vectorială a amplitudinilor undelor individuale. Dacă o creastă a unei unde întâlnește o creastă a unei alt unde cu aceeași frecvență în același punct, atunci amplitudinea este suma amplitudinilor individuale – aceasta este o interferență constructivă. Dacă o creastă a unei singure unde întâlnește un minim al unei alte unde, atunci amplitudinea este egală cu diferența dintre amplitudinile individuale – aceasta este cunoscută sub numele de interferență distructivă.

(O imagine mărită a unui model de interferență colorat într-un film de săpun. „Găurile negre” sunt zone de interferență distructivă aproape totală (antifază).)

Interferențele constructive au loc atunci când diferența de fază dintre unde este un multiplu egal cu π (180°) (un multiplu de 2π, 360°), în timp ce interferența distructivă are loc atunci când diferența este un multiplu impar de π. Dacă diferența dintre faze este intermediară între aceste două extreme, atunci magnitudinea deplasării undelor însumate se situează între valorile minime și maxime.

(Animație cu scanarea tomografică a interferenței luminii laser care trece printre două orificii mici (marginile laterale). https://www.youtube.com/watch?v=0woVyAngXuY)

Luați în considerare, de exemplu, ceea ce se întâmplă atunci când două pietre identice sunt aruncate într-o piscină cu apă în locuri diferite. Fiecare piatră generează o undă circulară care se propagă spre exterior din punctul în care piatra a fost aruncată. Când cele două unde se suprapun, deplasarea netă la un anumit punct este suma deplasărilor undelor individuale. În unele puncte, acestea vor fi în fază și vor produce o deplasare maximă. În alte locuri, undele vor fi în antifază și în aceste puncte nu va exista o deplasare netă. Astfel, părți ale suprafeței vor fi staționare – acestea sunt văzute în figura de mai sus și în dreapta ca linii staționare de culoare albastră-verde care radiază din centru.

Între două unde sferice

(Interferență optică între două surse punctuale care au diferite lungimi de undă și separări ale surselor.)

O sursă punctuală produce o undă sferică. Dacă lumina de la două surse punctuale se suprapune, modelul de interferență descrie modul în care diferența de fază dintre cele două unde variază în spațiu. Aceasta depinde de lungimea de undă și de separarea surselor punctuale. Figura arată interferența între două unde sferice. Lungimea de undă crește de sus în jos, iar distanța dintre surse crește de la stânga la dreapta.

Atunci când planul de observare este suficient de îndepărtat, modelul de margine va fi o serie de linii aproape drepte, deoarece undele vor fi atunci aproape plane.

Interferometria radio

(Very Large Array, o matrice interferometrică formată din mai multe telescoape mai mici, cum ar fi multiple telescoape radio mai mari.)

În 1946, a fost dezvoltată o tehnică numită interferometrie astronomică. Interferometrele radio astronomice radio constau, de obicei, fie din matrice de antene parabolice fie din antene bidimensionale omnidirecționale. Toate telescoapele din matrice sunt larg separate și sunt de obicei conectate împreună folosind cablu coaxial, ghid de undă, fibră optică sau alt tip de linie de transmisie. Interferometria mărește semnalul total colectat, dar scopul său principal este de a mări considerabil rezoluția printr-un proces numit sinteză a aperturii. Această tehnică funcționează prin suprapunerea (interferarea) undelor de semnal de la diferitele telescoape, pe principiul că undele care coincid cu aceeași fază se vor adăuga una la cealaltă în timp ce două unde care au faze opuse se vor anula reciproc. Acest lucru creează un telescop combinat care este echivalent în rezoluție (deși nu în sensibilitate) cu o singură antenă a cărui diametru este egal cu distanța dintre antenele cele mai îndepărtate în matrice.

Interferometria acustică

Un interferometru acustic este un instrument pentru măsurarea caracteristicilor fizice ale undei sonore în gaz sau lichid. Acesta poate fi utilizat pentru a măsura viteza, lungimea de undă, absorbția sau impedanța. Un cristal vibrator creează undele ultrasonice care sunt radiate în mediu. Undele lovesc un reflector plasat paralel cu cristalul. Undele sunt apoi reflectate înapoi la sursă și măsurate.