Interferencia
Két, körben terjedő felületi hullám interferenciája
– A felvételeken a különféle eredő hullámok
láthatók (a hullámhossz
lentről felfelé csökken, a hullámforrások központjának távolsága jobbra
növekszik). Az idő előrehaladtával a hullámfrontok távolodni kezdenek a
forrásoktól, a sötét területek (destruktív
interferencia helye) viszont
nem mozdulnak el.
//
Az interferencia egy fizikai
jelenség, akkor következik be, ha két különböző forrású, koherens hullám találkozik, azaz olyan hullámok, amelyek fáziskülönbsége
állandó. Ekkor létrejönnek olyan pontok a térben, ahol a hullámok
maximálisan erősítik, illetve olyanok, ahol maximálisan gyengítik
egymást (annak függvényében, hogy az egyes pontokba a két hullám milyen
fáziskülönbséggel érkezik).A jelenség
Ha két forrásból monokromatikus fényt
bocsátunk ki, a keletkezett jelenséget egy sík ernyőn felfogva,
megállapíthatjuk, hogy az ernyőn lesznek sötét (kioltás helye) és
világos vonalak (maximális erősítés helye). Tekintve, hogy a
monokromatikus fény semmilyen körülmény esetén sem bomlik alkotókra, színszóródás
jelensége nem figyelhető meg. Két nem-monokromatikus hullám csak akkor
lehet teljesen koherens, ha mindkettő azonos hullámhossztartományt
fednek le, és az azonos hullámhosszhoz tartozó hullámok azonos fázisban vannak.
Elvileg bármilyen fényforrásból származó fény képes interferencia mintázat létrehozására, lásd a napfény okozta Newton-gyűrűk jelenséget. Ennek ellenére, általában a fehér
fény kevéssé alkalmas interferencia mintázatok létrehozására, mivel a
fehér fény a teljes spektrum keverékéből áll össze, ezért a létrehozott
interferncia területek más-más helyen jönnek létre. A nátrium fény közel monokromatikus és alkalmas arra, hogy interferencia mintázatokat hozzanak vele létre. A lézerfény még alkalmasabb erre a célra, mivel az szinte teljesen monokromatikus.
Azonban a mindennapi életben sokszor nem beszélhetünk interferencia
jelenségről, miközben fényhullámok indulnak ki két különböző
fényforrásból. A jelenség magyarazáta kettős. Az atomok általában
egymástól függetlenül, rövid ideig sugároznak, és habár sok atom együtt
erős fényt tud kibocsátani, a fény rendszertelenül, különböző fázissal
érkezik, így nem teljesíti a koherencia feltételt. Továbbá az emberi
szem csak kb. egytized másodpercenkénti átlagos megvilágítottságot
érzékel, így ha pillanatnyilag is létrejön interferencia jelenség a
szem nem képes annak észlelésére. Csak akkor van lehetőség
interferencia-jelenség észlelésére, ha az abban résztvevő fényhullámok
a megvilágított felület pontjaira azonos fáziskülönbséggel érkeznek,
azaz a fényhullámok koherensek.
Fényinterferencia könnyen létrejön vékony rétegeken, így például a
szappanbuborékok és olajfoltok színességének is ez a jelenség az oka.
De a rendkívül kis szélességű réseken sötét térbe való beszűrődés során
észlelhető színszóródás oka a diffrakció (elhajlás) jelensége, az eredmény az interferenciához csak hasonló, sokszor vele együtt jelentkezik.
Konstruktív és destruktív interferencia
A Michelson interferometer által létrehozott interferencia mintázat. A világos területek a konstruktív interferencia eredményeként, míg a sötét területek a destruktív interferencia ereményeként jöttek létre.
Az interferencia két vagy több hullám szuperpozíciója
eredményeként létrejövő új hullám mintázat. A szuperpozíció elve
alapján az eredendően kialakuló hullám minden pontja a két kiinduló
hullám azonos pontjainak összegeként határozható meg. Ha hullámhegy
találkozik hullámheggyel, akkor a hullámhegyek interferenciája konstruktív (erősítő), az eredő hullámhegy amplitúdója megnő (a hullámhegyek egymásra "rakódnak", szuperponálódnak). Ha hullámhegy és hullámvölgy találkozik, akkor az interferencia destruktív (gyengítő), az eredendő amplitúdó lecsökken vagy meg is szűnhet.
Amikor két hullám egymásra "rakódik", az eredő hullámforma függ a
frekvenciától (vagy fullámhossztól), az amplitúdóktól és a két hullám
relatív fázisától. Ha a két hullám amplitúdója A és hullámhossza azonos, akkor az eredő hullám amplitúdója 0 és 2A között változik, attól függően, hogy azonos fázisban vagy ellenfázisban vannak-e.
Tételezzük fel, hogy a két hullám azonos fázisban van, és amplitúdóik A1 és A2. A hullámhegyek és hullámvölgyek egybeesnek, az eredő amplitúdó A = A1 + A2 lesz. Ez a már ismert konstruktív interferencia.
Ha a két hullám fáziskülönbsége 180°, azaz ellenfázisban vannak,
akkor a hullámhegy egy hullámvölggyel esik egybe, és így kioltják
egymást. Az eredő amplitúdó ekkor A = |A1 − A2| lesz. Ha A1 = A2 az eredő amplitúdó nulla. Ez a destruktív interferencia.
Eredő
hullámforma
1. hullám
2. hullám
Azonos fázisban lévő két
hullám
Két hullám fáziskülönbsége
180°, ellenfázisban vannak