干涉 (物理学)

物理学中,干涉是波函数的作用。单一的波可以与自身发生干涉,但这仍然是两个波的相加(见杨氏狭缝实验)。两个波总是会发生干涉,即使加法的结果很复杂或不显著。

当两个或多个波在同一空间时发生的事情。有时一个波的波峰与另一个波的波峰相接,所以产生的波峰是两倍的高度。有时一个波的波峰落入另一个波的波谷,然后表面就平了。当波浪增加它们的影响时,它被称为正干涉,或建设性干涉。当一个波从另一个波的影响中减去时,它被称为负干扰,或破坏性干扰。

如果两个人在同一方向上推动一辆汽车,他们会比任何一个人单独推动汽车更好。这将是积极的干扰。如果两个力量相当的人从相反的方向推汽车,那么汽车就不会被他们中的任何一个人移动。这将是负干扰。

当两块石头同时撞击池塘时,它们的波会相互干扰。Zoom
当两块石头同时撞击池塘时,它们的波会相互干扰。

建设性干扰

当两个或更多的波在同一空间且同相位时,就会发生构造干涉。当这种情况发生时,波的振幅加在一起,总的来说比任何一个波本身的振幅都要大。这就导致波显得更加强烈。

在时间=0时,一个波顶从左边移动,另一个波从右边移动。
在时间=1时,这两个波顶在中间相遇。
在时间=2时,两个波浪各自继续向前
移动,并再次出现在它们原来的高度上。

破坏性的干扰 。当一个波浪的顶部与另一个波浪的波谷(底部)在中间相遇,水面保持平坦。Zoom
破坏性的干扰 。当一个波浪的顶部与另一个波浪的波谷(底部)在中间相遇,水面保持平坦。

建设性干扰 。当两个波的顶部在中间相遇时,会看到一个较高的波。Zoom
建设性干扰 。当两个波的顶部在中间相遇时,会看到一个较高的波。

破坏性干扰

破坏性干扰发生在两个或更多的波在同一个地方并且不在一个相位上。当这种情况发生时,波的振幅相加,总和小于任何一个波本身的振幅。这就导致波显得不那么强烈。

在时间=0时,一个波顶从左边移动过来,一个波谷从右边移动过来。
在时间=1时,这两个波在中间相遇。波峰(顶部)填充了波谷。
在时间=2的时候,这两个波已经按照它们原来的方向移动,并且各自重新出现。

干扰的例子

雨后,当水坑上面漂浮着一点油时,人们常常可以看到图案。颜色会按顺序排列:红、橙、黄、绿、蓝、紫。这些颜色的光都有自己的波长,而油的不同部分有不同的厚度。来自太阳的部分光线从顶部表面反弹,换句话说,它从油上反弹。太阳光的一部分从水的顶部反弹。来自油面的光波和来自水面的光波在空气中相遇,它们相互干扰。对于任何厚度的油层,一些光波会增加,一些会减少,所以结果是一种颜色的光在那里会最强。

当两片高度抛光的玻璃被压在一起时,有时两片玻璃之间的距离会在不同的地方发生变化。当这种情况发生时,所显示的图案被称为 "牛顿环"。当幻灯片照片被放在两片薄玻璃之间以便在幻灯片放映机中放映时,这种图案是一个大问题。当两张显微镜幻灯片放在一起时,也会出现同样的问题。

降噪耳机使用破坏性的干扰来切断来自外部的噪音。

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油在水面上会在光谱的颜色中产生一种干扰模式

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牛顿环

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干扰在肥皂泡上产生了一个灯光秀。

物理问题

这里有一张产生某些种类的光干扰的示意图。上面一块玻璃和下面一块玻璃之间的距离在靠近外边缘的地方变得更大。

一个更简单的设置是让两块平坦的玻璃沿一条边接触,在它们两个面之间有一个狭窄的角度。如果第一块玻璃的顶面和第二块玻璃的顶面之间的间隔在某一点上,使得从每块玻璃反射出来的光束是同步的或同相位的,那么反射的光将是明亮的,但如果两束光相差半个周期,那么在这一点上,两束光将相互抵消,反射的光将不明亮。

一块弯曲的玻璃套在一块平坦的玻璃上Zoom
一块弯曲的玻璃套在一块平坦的玻璃上

两块扁平的玻璃相互形成一个狭窄的角度Zoom
两块扁平的玻璃相互形成一个狭窄的角度

问题和答案

问:什么是物理学中的干扰?

答:物理学中的干扰是指波函数的作用。

问:单个波能与自己发生干涉吗?

答:是的,单个波可以与自己相互干扰。

问:当两个波在同一空间时,它们总是发生干涉吗?

答:是的,两个波在同一空间时,总是会发生干涉。

问:什么是正干扰?

答:正干涉,也被称为建设性干涉,发生在波的效果相加时。

问:负干扰是如何定义的?

答:负干扰,也称为破坏性干扰,发生在一个波减去另一个波的效果时。

问:你能举一个正干扰的例子吗?

答:是的,如果两个人在同一方向上推动一辆汽车,他们会比任何一个人单独推动汽车更好。这就是正干扰。

问:负面干扰的例子是什么?

答:如果两个力量相当的人从相反的方向推汽车,那么汽车就不会被他们中的任何一个人移动。这就是负干扰。

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