• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Wave Interference: Constructive &Destructive (w /Exempel)

    Ibland när en våg reser genom ett medium möter den en annan våg, som också reser genom samma medium. Vad händer när dessa vågor kolliderar? Det visar sig att vågorna kombineras på ett relativt intuitivt, lätt att beräkna sätt. Inte bara det, men det finns också många användbara applikationer av vågstörningar - både i labbet och i vardagen.
    Kombinera vågor

    Att veta vad kombinationen av vågor kommer att göra gör till en viss punkt i mediet vid en viss tidpunkt, du lägger helt enkelt till vad de skulle göra självständigt. Detta kallas principen om superposition
    .

    Om du till exempel skulle plotta de två vågorna på samma graf, skulle du helt enkelt lägga till deras individuella amplituder vid varje punkt för att bestämma resultatet Vinka. Ibland kommer den resulterande amplituden att ha en större kombinerad magnitude vid den punkten, och ibland kommer effekterna av vågorna delvis eller helt att avbryta varandra.

    Tänk om vi hade våg A som reser till höger och våg B som reser till vänster. Om vi tittar på en viss punkt i rymden där vågen A hade en uppåtriktad förskjutning av 2 enheter, medan vågen B hade en nedåtriktad förskjutning av 1 enhet, skulle den resulterande vågen ha en uppåtförskjutning av 1 enhet: 2 - 1 \u003d 1.
    Konstruktiv interferens

    Vid konstruktiv störning
    , måste förskjutningen av mediet vara i samma riktning för båda vågorna. De kombineras för att skapa en enda våg med en större amplitud än vardera vågen individuellt. För perfekt konstruktiv interferens måste vågorna vara i fas - vilket betyder att deras toppar och dalar ställer sig perfekt - och har samma period.
    Destruktiv interferens

    För destruktiv interferens
    , förskjutningen av mediet för en våg är i motsatt riktning som den andra vågens. Amplituden hos den resulterande vågen kommer att vara mindre än den hos vågen med den större amplituden.

    För perfekt destruktiv interferens, där vågorna avbryter varandra för att skapa nollamplitud, måste vågorna vara exakt ur fas - vilket innebär att toppen av den ena står perfekt i linje med den andra dalen - och har samma period och ingen amplitud. (Om amplituderna inte är desamma avbryter vågorna inte exakt till noll.)

    Observera att destruktiva störningar inte stoppar vågen; det ger bara sin amplitud på just den platsen till noll. Interferens är vad som händer när vågor passerar genom varandra - när vågorna inte längre interagerar går de tillbaka till sina ursprungliga amplituder.
    Reflecting Waves

    Vågor kan reflektera ytor och fasta punkter varhelst mediet är de reser genom ändringar till ett annat medium.

    Om en sträng är fixerad på ena sidan, kommer varje våg som reser längs strängen som träffar den fasta punkten att reflekteras av den "upp och ner" eller som en omvänd version av originalvågen. Om en sträng är fri på ena sidan, kommer varje våg som reser längs strängen som träffar slutet att reflekteras bort från höger sida upp. Om en sträng är bunden till en annan sträng med en annan densitet, kommer en våg att träffa den anslutningsdelen av den reflekteras (som om strängens slut var fixad) och en del av den kommer att fortsätta.

    När en våg i vatten eller luft träffar en yta, det kommer att reflektera bort från ytan i samma vinkel som den slog. Detta kallas händelsevinkeln.

    Reflekterade vågor kan ofta störa sig själva, vilket under speciella omständigheter kan skapa en speciell typ av våg som kallas en stående våg.
    Standing Waves

    Föreställ dig en sträng med en eller båda ändarna fixerade. En våg som reser på den här strängen som träffar en fast ände kommer att reflektera bort från den änden, resa i motsatt riktning och störa den ursprungliga vågen som skapade den.

    Denna störning är inte nödvändigtvis perfekt konstruktiv eller förstörande om inte strängens längd är en multipel av hälften av vågens våglängd.

    [bild av grundläggande /harmoniska ständiga frekvenser]

    Detta skapar ett stående vågmönster: utgående originalvågor stör de reflekterade vågorna när de rör dig i motsatta riktningar. Vågorna som går i motsatta riktningar stör varandra på ett sådant sätt att de inte längre ser ut som om de rör sig; istället verkar det som om delar av strängen helt enkelt rör sig upp och ner på plats. Detta inträffar till exempel i gitarrsträngar när de plockas.

    Punkterna på strängen som verkar fixa kallas noder
    . Midväg mellan varje par av noder är en punkt på strängen som når maximal amplitud; dessa punkter kallas antinoder
    .

    grundfrekvensen, eller första harmoniska, för en sträng uppstår när strängens längd är halv av våglängden på vågen. Den stående vågen ser då ut som en enda vågtopp som vibrerar upp och ner; den har en antinod och en nod i varje ände av strängen.

    Den stående vågen med stränglängden lika med våglängden på vågen kallas den andra harmoniken; den har två antinoder och tre noder, där två noder är i ändarna och en nod är i mitten. Harmonik är mycket viktigt för hur musikinstrument skapar musik.
    Exempel på våginterferens.

    Brusreducerande hörlurar fungerar enligt principen om destruktiva störningar av ljudvågor. En mikrofon på hörlurarna upptäcker alla ljudnivåer runt dig och sedan avger hörlurarna ljudvågor i öronen som destruktivt stör det omgivande bullret. Detta avbryter omgivningsbuller helt, så att du kan höra din musik och poddsändningar mycket tydligare i en bullrig miljö.

    Ljuddämpare på bilar fungerar på samma sätt, även om de är mer mekaniska. Storleken på kamrarna i en ljuddämpare är exakt utformade så att när motorns brus kommer in i ljuddämparen, stör den förstörande med sitt eget reflekterade ljud, vilket gör bilen tystare.

    Mikrovågsbelysning från din mikrovågsugn interferens. Det finns platser i din mikrovågsugn där ljusvågor som släpps ut i ugns insida konstruktivt och destruktivt stör, antingen värmer upp maten mer eller mindre. Detta är anledningen till att de flesta mikrovågsugnar har en roterande platta inuti: för att förhindra att maten är fryst på vissa ställen och kokar i andra. (Inte en perfekt lösning, men det är bättre än maten stannar kvar!)

    Våginterferens är en mycket viktig övervägande när man utformar konserthus och auditorier. ", där ljudet från scenen, reflekterade från ytorna i rummet, störande stör på en viss plats i publiken. Detta kan förhindras genom noggrann placering av ljudabsorberande och ljudreflekterande material i väggar och tak. Vissa konserthus kommer att ha högtalare som riktar sig till dessa platser för att göra det möjligt för publikmedlemmarna som sitter där att fortfarande höra ordentligt.
    Interferensmönster av elektromagnetiska vågor

    Precis som med andra vågor kan ljusvågor störa varandra och kan spridas eller böjas runt en barriär eller öppning. En våg avviker mer när öppningen är närmare i storlek till våglängden på vågen. Denna diffraktion orsakar ett interferensmönster - regioner där vågorna läggs samman och regioner där vågorna avbryter varandra.

    Låt oss ta exemplet med ljus som går igenom en enda horisontell slits. Om du föreställer dig en rak linje från slitsens centrum till väggen, där den linjen träffar väggen bör vara en ljus plats för konstruktiva störningar.

    Vi kan modellera ljuset som passerar genom slitsen som en linje av flera punktkällor som alla strålar utåt. Ljus från källorna till vänster och höger om slitsen kommer att ha kört samma avstånd för att komma till just denna plats på väggen, och så kommer att vara i fas och konstruktivt störa. Nästa punkt till vänster och nästa punkt till höger kommer också konstruktivt att störa, och så vidare, skapa ett ljust maximum i mitten.

    Den första platsen där destruktiva störningar inträffar kan bestämmas som följer: Föreställ dig ljuset som kommer från punkten i den vänstra änden av slitsen (punkt A) och en punkt som kommer från mitten (punkt B). Om banskillnaden från var och en av dessa källor till väggen skiljer sig med 1 /2λ, 3 /2λ och så vidare, kommer de förstörande att förstöra.

    Om vi tar nästa punkt till vänster och nästa pekar till höger om mitten, väglängdskillnaden mellan dessa två källpunkter och de första två skulle vara ungefär densamma, och så skulle de också förstörande förstöra.

    Detta mönster upprepas för alla återstående punkter , vilket betyder att om ljus som kommer från punkt A och punkt B stör på en given plats på väggen, så upplever allt ljus som kommer genom slitsen störningar på samma plats.

    Ett något annorlunda diffraktionsmönster kan också vara erhållet genom att lämna ljus genom två små slitsar separerade med avstånd a i ett dubbel-slits experiment. Här ser vi konstruktiva störningar (ljusa fläckar) på väggen när som helst banlängdskillnaden mellan ljus som kommer från de två slitsarna är en multipel av våglängden λ.
    Vad är en interferometer?

    Forskare använder våginterferens varje dag för att göra spännande upptäckter med hjälp av interferometrar. En interferometer är ett vetenskapligt instrument som använder interferensen av ljusvågor för att göra mätningar och utföra experiment.

    En grundläggande interferometer tar en laserstråle och delar upp den i två strålar. En stråle kommer att göra mycket olika saker eller få olika saker att göra, beroende på frågan som forskarna försöker besvara. Strålarna kommer sedan att kombineras igen, men de olika erfarenheterna de hade har förändrat dem. Forskare kan titta på interferensen mellan de två nu olika laserstrålarna för att undersöka vetenskapliga frågor, som gravitationsvågens natur.

    Laserinterferometern Gravitational-Wave Observatory (LIGO) är en gigantisk interferometer som skickar sin delning laserstrålar 4 mil (4 km) bort och tillbaka.

    Delade balkar är i rätt vinkel, så om en gravitationsvåg passerar genom interferometern kommer det att påverka varje stråle på olika sätt. Det betyder att de kommer att störa varandra när de rekombineras, och interferensmönstret berättar fysiker om vad som orsakade gravitationella vågor. Det är så LIGO upptäckte gravitationella vågor från svarta hål kraschade ihop, en upptäckt som vann Nobelpriset 2017.

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com