Soms, wanneer een golf door een medium reist, ontmoet hij een andere golf, die ook door hetzelfde medium reist. Wat gebeurt er wanneer deze golven botsen? Het blijkt dat de golven op een relatief intuïtieve, eenvoudig te berekenen manier worden gecombineerd. Niet alleen dat, maar er zijn ook tal van nuttige toepassingen van golfinterferentie
zowel in het laboratorium als in het dagelijks leven.
Golven combineren

Om te weten wat de combinatie van golven zal doen op een bepaald punt in het medium op een bepaald tijdstip, je voegt eenvoudig toe wat ze onafhankelijk zouden doen. Dit wordt het principe van superpositie genoemd.

Als u bijvoorbeeld de twee golven in dezelfde grafiek zou plotten, zou u eenvoudig hun individuele amplitudes op elk punt toevoegen om het resultaat te bepalen Golf. Soms zal de resulterende amplitude op dat punt een grotere gecombineerde grootte hebben, en soms zullen de effecten van de golven elkaar gedeeltelijk of volledig opheffen.

Stel je voor dat we golf A naar rechts hadden en golf B naar links. Als we naar een bepaald punt in de ruimte kijken waar golf A een opwaartse verplaatsing van 2 eenheden had, terwijl golf B een neerwaartse verplaatsing van 1 eenheid had, zou de resulterende golf een opwaartse verplaatsing van 1 eenheid hebben: 2 - 1 \u003d 1.
Constructieve interferentie

In constructieve interferentie
moet de verplaatsing van het medium voor beide golven in dezelfde richting zijn. Ze combineren samen om een enkele golf te maken met een grotere amplitude dan elke golf afzonderlijk. Voor perfecte constructieve interferentie moeten de golven in fase zijn - wat betekent dat hun pieken en dalen perfect op één lijn liggen - en dezelfde periode hebben.
Destructieve interferentie

Voor destructieve interferentie
, de verplaatsing van het medium voor de ene golf is in de tegenovergestelde richting van die van de andere golf. De amplitude van de resulterende golf zal kleiner zijn dan die van de golf met de grotere amplitude.

Voor perfecte destructieve interferentie, waarbij de golven elkaar opheffen om nul amplitude te creëren, moeten de golven precies uit fase zijn - wat betekent dat de piek van de ene perfect aansluit op de vallei van de andere - en dezelfde periode en
amplitude hebben. (Als de amplitudes niet hetzelfde zijn, zullen de golven niet precies op nul uitkomen.)

Merk op dat destructieve interferentie de golf niet stopt; het brengt gewoon zijn amplitude op die specifieke plek op nul. Interferentie is wat er gebeurt wanneer golven door elkaar heen gaan - zodra de golven niet meer op elkaar inwerken, keren ze terug naar hun oorspronkelijke amplitudes.
Reflecterende golven

Golven kunnen reflecteren op oppervlakken en vaste punten waar het medium ze reizen door veranderingen naar een ander medium.

Als een string aan één kant is gefixeerd, zal elke golf die langs de string reist die dat vaste punt raakt er "omgekeerd" of als een omgekeerde versie van de originele golf. Als een snaar aan één kant vrij is, zal elke golf die langs de snaar beweegt en het einde raakt er met de goede kant naar boven op reflecteren. Als een string is gebonden aan een andere string met een andere dichtheid, zal een golf die verbinding raakt een deel ervan reflecteren (alsof het einde van de string is gefixeerd) en een deel ervan doorgaan.

Wanneer een golf in water of lucht een oppervlak raakt, zal het van dat oppervlak reflecteren in dezelfde hoek als het sloeg. Dit wordt de invalshoek genoemd.

Gereflecteerde golven kunnen vaak interfereren met zichzelf, wat in speciale omstandigheden een speciaal soort golf kan veroorzaken, ook wel staande golf genoemd.
staande golven

Stel je een string voor met een of beide uiteinden vast. Een golf die op deze snaar reist en een vast einde raakt, reflecteert vanaf dat einde, beweegt in de tegenovergestelde richting en interfereert met de oorspronkelijke golf die hem heeft gecreëerd.

Deze interferentie is niet noodzakelijk perfect constructief of destructief tenzij de lengte van de snaar is een veelvoud van de helft van de golflengte van de golf.

[afbeelding van fundamentele /harmonische staande frequenties]

Dit creëert een staande golfpatroon: uitgaande originele golven interfereren met gereflecteerde golven terwijl ze beweeg in tegengestelde richting. De golven die in tegengestelde richting gaan interfereren op een zodanige manier dat ze er niet langer uitzien alsof ze bewegen; in plaats daarvan lijkt het alsof secties van de string eenvoudig op en neer bewegen. Dit gebeurt bijvoorbeeld in gitaarsnaren wanneer ze worden geplukt.

De punten op de snaar die vast lijken worden knooppunten
genoemd. Midden tussen elk paar knooppunten bevindt zich een punt op de string die de maximale amplitude bereikt; deze punten worden antinodes
genoemd.

De fundamentele frequentie
, of eerste harmonische
, van een string treedt op wanneer de lengte van de string half is van de golflengte van de golf. De staande golf lijkt dan op een enkele golfpiek die op en neer vibreert; het heeft een antinode en een knoop aan elk uiteinde van de snaar.

De staande golf met snaarlengte gelijk aan de golflengte van de golf wordt de tweede harmonische genoemd; het heeft twee antinodes en drie knooppunten, waarbij twee knooppunten zich aan de uiteinden bevinden en één knooppunt zich in het midden bevindt. Harmonischen zijn erg belangrijk voor de manier waarop muziekinstrumenten muziek maken.
Voorbeelden van Wave Interferentie

Hoofdtelefoon met ruisonderdrukking werkt volgens het principe van destructieve interferentie van geluidsgolven. Een microfoon op de koptelefoon detecteert laag geluidsniveau om je heen en vervolgens geeft de koptelefoon geluidsgolven naar je oren die destructief interfereren met het omgevingsgeluid. Hierdoor wordt het omgevingsgeluid volledig opgeheven, zodat u uw muziek en podcasts veel duidelijker kunt horen in een lawaaierige omgeving.

Geluiddempers op auto's werken op dezelfde manier, hoewel op een meer mechanische manier. De afmetingen van de kamers in een geluiddemper zijn precies zo ontworpen dat zodra het motorgeluid de geluiddemper binnenkomt, dit destructief interfereert met zijn eigen gereflecteerde geluid, waardoor de auto stiller wordt. interferentie. Er zijn locaties in uw magnetron waar lichtgolven constructief en destructief in het binnenste van de oven komen, of uw voedsel min of meer opwarmen. Daarom hebben de meeste magnetrons een draaiende plaat aan de binnenkant: om te voorkomen dat uw voedsel op sommige plekken volledig ingevroren wordt en op andere kookt. (Geen perfecte oplossing, maar het is beter dan het eten dat stil blijft!)

Golfinterferentie is een zeer belangrijke overweging bij het ontwerpen van concertzalen en auditoria. Deze kamers kunnen "dode plekken" hebben, waar het geluid van het podium, gereflecteerd op de oppervlakken in de kamer, destructief interfereert op een bepaalde plaats in het publiek. Dit kan worden voorkomen door zorgvuldige plaatsing van geluidabsorberende en geluidreflecterende materialen in de wanden en het plafond. Sommige concertzalen hebben luidsprekers die op deze plekken zijn gericht, zodat de toeschouwers die daar zitten nog steeds goed kunnen horen.
Interferentiepatronen van elektromagnetische golven

Net als bij andere golven kunnen lichtgolven elkaar verstoren en kan rond een barrière of opening buigen of buigen. Een golf buigt meer wanneer de opening dichter bij de golflengte van de golf is. Deze diffractie veroorzaakt een interferentiepatroon - gebieden waar de golven bij elkaar optellen en gebieden waar de golven elkaar opheffen.

Laten we het voorbeeld nemen van licht dat door een enkele horizontale spleet gaat. Als je je een rechte lijn voorstelt vanuit het midden van de spleet naar de muur, waar die lijn de muur raakt, zou een heldere plek van constructieve interferentie moeten zijn.

We kunnen het licht modelleren dat door de spleet gaat als een lijn van meerdere puntbronnen die allemaal naar buiten stralen. Licht van bronnen links en rechts van de spleet zal dezelfde afstand hebben afgelegd om naar deze specifieke plek op de muur te komen, en zal dus in fase zijn en constructief interfereren. Het volgende punt links en het volgende punt rechts zullen ook constructief interfereren, enzovoort, waardoor een helder maximum in het midden wordt gecreëerd.

De eerste plek waar destructieve interferentie zal optreden, kan worden bepaald als volgt: Stel u het licht voor dat uit het punt aan de linkerkant van de spleet komt (punt A) en een punt uit het midden (punt B). Als het padverschil van elk van die bronnen naar de muur verschilt met 1 /2λ, 3 /2λ enzovoort, dan zullen ze destructief interfereren.

Als we het volgende punt links en het volgende nemen wijzen naar rechts van het midden, het padlengteverschil tussen deze twee bronpunten en de eerste twee zou ongeveer hetzelfde zijn, en dus zouden ze ook destructief interfereren.

Dit patroon herhaalt zich voor alle resterende paren punten , wat betekent dat als licht dat uit punt A en punt B komt op een bepaalde plek op de muur interfereert, al het licht dat door de spleet komt, op diezelfde plek interferentie ondervindt.

Een iets ander diffractiepatroon kan ook verkregen door licht door twee kleine spleten te laten scheiden op afstand a in een experiment met dubbele spleet. Hier zien we constructieve interferentie (heldere vlekken) op de muur wanneer het padlengteverschil tussen licht afkomstig van de twee spleten een veelvoud is van de golflengte λ.
Wat is een interferometer?

Wetenschappers gebruiken golfinterferentie elke dag om spannende ontdekkingen te doen, met behulp van interferometers. Een interferometer is een wetenschappelijk instrument dat de interferentie van lichtgolven gebruikt om metingen uit te voeren en experimenten uit te voeren.

Een basisinterferometer neemt een laserstraal en splitst deze in twee stralen. Eén straal doet heel verschillende dingen of heeft verschillende dingen gedaan, afhankelijk van de vraag die wetenschappers proberen te beantwoorden. De stralen worden dan opnieuw gecombineerd, maar de verschillende ervaringen die ze hadden, hebben ze veranderd. Wetenschappers kunnen kijken naar de interferentie van de twee nu verschillende laserstralen om wetenschappelijke vragen te onderzoeken, zoals de aard van zwaartekrachtsgolven.

De laserinterferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) is een gigantische interferometer die zijn splitsing verzendt laserstralen op 4 km afstand en terug.

De gesplitste stralen staan in een rechte hoek, dus als een zwaartekrachtgolf door de interferometer gaat, zal deze elke straal anders beïnvloeden. Dit betekent dat ze elkaar zullen storen wanneer ze worden gerecombineerd, en het interferentiepatroon vertelt fysici over wat de zwaartekrachtsgolven heeft veroorzaakt. Zo ontdekte LIGO zwaartekrachtsgolven van zwarte gaten die tegen elkaar botsen, een ontdekking die de Nobelprijs won in 2017.