Interferencja i dyfrakcja są ściśle powiązanymi pojęciami, jednak zasadniczo są to dwa różne typy fal, które pochodzą z różnych źródeł. Kiedy spotykają się dwie fale z różnych punktów początkowych, dwie oddzielne długości fal połączą się, tworząc jedną falę. Nazywa się to falą interferencyjną.
Kiedy fala dociera do otworu lub przeszkody, wpływa na kierunek, w którym porusza się fala, a powstała fala nazywana jest falą dyfrakcyjną. Należy zauważyć, że fale interferencyjne powstają w rzeczywistości tylko wtedy, gdy istnieje jedno lub dwa źródła fal, a gdy są trzy lub więcej, wynikiem prawie zawsze są fale dyfrakcyjne.
Zakłócenia a dyfrakcja
ten różnica między interferencją a dyfrakcją wynosi pojawienie się ich fal. Interferencja występuje, gdy fale świetlne łączą się przez dwa różne punkty początkowe. Natomiast dyfrakcja pojawia się z powodu superpozycji podrzędnych długości fal. Intensywność krawędzi interferencji jest zawsze taka sama. I odwrotnie, dyfrakcja ma dziwne prążki.
Tabela porównawcza między interferencją a dyfrakcją (w formie tabelarycznej)
| Parametr porównania | Ingerencja | Dyfrakcja |
|---|---|---|
| Liczba punktów źródłowych | Dwa różne punkty | Trzy lub więcej |
| Intensywność wierzchołka fali | Wszystkie wierzchołki są równe | Urozmaicony |
| Szerokość frędzli | Równy | Nierówny |
| Intensywność doliny fali | Absolutnie niczego | Nieznane i zróżnicowane |
| Fala pierwotna lub wtórna | Zawsze z pierwotnego źródła | Zmodyfikowany z fali pierwotnej |
Co to są zakłócenia?
Interferencja występuje, gdy dwie fale emanujące z dwóch różnych punktów oddziałują ze sobą i łączą się, tworząc zupełnie inny kształt fali.
Mówi się, że dwie fale, które mają idealnie ustawione szczyty i doliny, są „w fazie”, a amplitudy fal są po prostu sumowane, aby utworzyć wynikowy kształt fali.
Kiedy grzbiety dwóch fal są do siebie dodawane, jest to znane jako interferencja konstruktywna, a amplituda powstałego kształtu fali będzie sumą amplitud grzbietów fal pierwotnych.
Kiedy fale nie są zsynchronizowane, a grzbiety i doliny nakładają się na siebie, mówi się, że są „przesunięte”.
Jeśli fale są całkowicie niezsynchronizowane, tj. sto osiemdziesiąt stopni od siebie, a amplitudy szczytu i doliny przeciwnych fal są równe, zniosą się one nawzajem, co jest znane jako destrukcyjna interferencja.
Jeśli myślisz o tym w kontekście próby przesunięcia dużego mebla.
Gdyby dwie osoby pchały z tego samego końca, jest to konstruktywna ingerencja, ponieważ wytworzyłaby więcej siły niż jedna osoba, jednak gdyby dwie osoby pchały z przeciwnych stron, meble pozostałyby nieruchome, tak jak nie ma fali amplituda z destrukcyjną ingerencją.
W kontekście fal świetlnych należy również zauważyć, że fala interferencyjna będzie wyświetlać spójną i równą szerokość między jasnymi i ciemnymi obszarami podczas projekcji na ekranie.
Co to jest dyfrakcja?
W fizyce dyfrakcja ma miejsce, gdy fale zaginają się wokół małych przeszkód, takich jak fale dźwiękowe przemieszczające się za rogiem, lub gdy fale rozchodzą się po przejściu przez mały otwór.
Przebiegi wtórne, które powstają po przejściu przez przeszkodę/przez przeszkodę, będą inne niż oryginalne, z potencjalnie wieloma różnymi i zróżnicowanymi fazami i amplitudami.
Dyfrakcja pojawia się na znaczącym poziomie tylko wtedy, gdy wielkość przerwy jest porównywalna z długością fali, a biorąc pod uwagę, że większość długości fal jest bardzo mała, im mniejsza przerwa, tym bardziej widoczna jest dyfrakcja.
Aby to zobrazować, wyobraź sobie fale fal oceanicznych zbliżające się do brzegu w wąskim skalnym otworze. Następnie porównaj to z falami fal wpadającymi do ujścia lub przystani.
Na przykładzie fal przechodzących przez wąski otwór zobaczysz zaokrąglony kształt fali rozchodzący się w kierunku zbiornika wodnego po drugiej stronie otworu, o innym kształcie niż płaski kształt fali, który początkowo wszedł do otworu.
Można to porównać do mariny, gdzie możemy mieć większe zbiorniki wodne przemieszczające się z oceanu do mariny, ale rozmiar otworu oznacza, że woda w marinie jest ledwo zakłócana przez powstałe fale dyfrakcyjne.
Fale dyfrakcyjne nie pojawiają się, gdy cząstki przechodzą przez szczeliny lub wokół obiektu, zamiast tego kontynuują swoją pierwotną trajektorię, niezmienioną przez okoliczności zewnętrzne.
Fale dyfrakcyjne mają również różne natężenia szczytowe, ze względu na wiele różnych form interakcji, a także wiele punktów źródłowych (większych niż trzy), które muszą być obecne, aby uzyskać falę dyfrakcyjną.
Jednym z interesujących zjawisk jest to, że jeśli fala dyfrakcyjna przechodzi przez dwie różne szczeliny, zobaczymy wzór interferencji po drugiej stronie, ponieważ te dwie szczeliny działają jak dwa nowe punkty źródłowe.
Główne różnice między interferencją a dyfrakcją
- Fale interferencyjne powstaną z połączenia dwóch różnych punktów źródłowych, podczas gdy fale dyfrakcyjne będą pochodzić z trzech lub więcej.
- Natężenia wierzchołków fal interferencyjnych są jednolite i równe, natomiast fale dyfrakcyjne są zróżnicowane i nierówne, ponieważ są sumą wielu różnych fal.
- W fali interferencyjnej szerokość prążków również będzie równa, podczas gdy w przypadku fal dyfrakcyjnych możemy zaobserwować niespójne szerokości prążków.
- Dolna fala interferencyjna zawsze będzie równa zeru, podczas gdy dolna fala dyfrakcyjna może być dowolną liczbą możliwości ze względu na wielokrotne łączenie fal.
- Fale interferencyjne pochodzą również z pierwotnego źródła lub przyczyny fali, takiej jak skała wrzucona do sadzawki, podczas gdy fale dyfrakcyjne powstają jako fale wtórne po przejściu fali pierwotnej przez otwór lub przez obiekt.
Wniosek
Główna różnica między tymi dwoma rodzajami fal polega na sposobie ich powstawania. Fale interferencyjne pochodzą z pierwotnego źródła fal, podczas gdy fale dyfrakcyjne są falami wtórnymi, które pojawiają się, gdy fala wchodzi w interakcję z przeszkodą.
Obserwując interakcję fal interferencyjnych i dyfrakcyjnych, mamy narzędzie, które pozwoli nam lepiej zrozumieć zasady naszego wszechświata, w tym w fizyce kwantowej z eksperymentem podwójnej szczeliny.
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.74.3600
- https://cds.cern.ch/record/396122/files/0521642221_TOC.pdf
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999OptEn..38.1051D/abstract
