Interferens Gelombang: Apabila Gangguan Bertindih

Dua gelombang boleh berada di tempat yang sama pada masa yang sama. Apabila itu berlaku dalam sistem yang hampir linear, gangguan bersih pada setiap titik ialah hasil tambah gangguan yang dibawa oleh setiap gelombang. Prinsip ini dipanggil superposisi. Selepas gelombang bertindih, setiap gelombang boleh terus merambat; interferens bukan perlanggaran yang memusnahkan gelombang secara kekal.

Superposisi menjumlahkan gangguan pada setiap titik

Bagi gelombang pada tali, sesaran bersih suatu unsur tali ialah jumlah algebra sesaran yang akan dihasilkan oleh setiap gelombang secara berasingan. Prinsip yang sama digunakan pada gelombang bunyi melalui perubahan tekanan dan pada gelombang elektromagnet melalui penjumlahan medan elektrik serta medan magnet. Ia berfungsi dengan baik apabila sistem berada dalam julat linear, iaitu apabila tindak balas medium berkadar dengan gangguan yang dikenakan.

Fasa menentukan sama ada gelombang saling menguatkan atau melemahkan

Jika dua gelombang sinus dengan frekuensi yang sama tiba sefasa, puncak bertemu puncak dan lembah bertemu lembah. Sesaran mereka bertambah, lalu amplitud hasil menjadi lebih besar. Ini disebut interferens membina. Jika satu gelombang berbeza fasa sebanyak separuh kitaran daripada yang lain, puncak bertemu lembah. Bagi amplitud yang sama, penjumlahan boleh menghasilkan sesaran sifar pada ketika dan tempat tersebut. Ini disebut interferens memusnah.

Interferens sebenar tidak terhad kepada dua keadaan sempurna. Jika beza fasa berada di antara sefasa dan setengah kitaran, amplitud hasil juga berada di antara nilai maksimum dan minimum. Jika amplitud dua gelombang tidak sama, interferens memusnah tidak semestinya menghasilkan sifar. Oleh itu, istilah membina dan memusnah menerangkan kecenderungan penjumlahan, bukan dua hasil sahaja yang mungkin berlaku.

Beza laluan boleh menghasilkan beza fasa

Apabila dua gelombang koheren bergerak melalui laluan yang berbeza sebelum sampai ke sesuatu titik, perbezaan panjang laluan boleh mengubah fasa relatifnya. Jika beza laluan sama dengan nombor bulat panjang gelombang, gelombang yang bermula sefasa kembali tiba sefasa dan cenderung berinterferens membina. Jika beza laluan sama dengan nombor ganjil separuh panjang gelombang, gelombang cenderung tiba berlawanan fasa dan menghasilkan interferens memusnah, dengan syarat sumber mengekalkan hubungan fasa yang stabil.

Banyak titik pemerhatian membentuk pola interferens

Dalam eksperimen dua sumber atau dua celah, setiap titik pemerhatian mempunyai beza laluan yang berbeza. Akibatnya, sesetengah lokasi menerima gelombang yang hampir sefasa dan yang lain menerima gelombang yang hampir berlawanan fasa. Corak ruang kawasan kuat dan lemah boleh terbentuk. Bagi bunyi, ini boleh didengar sebagai lokasi lebih kuat atau lebih senyap. Bagi cahaya, intensiti boleh membentuk jalur terang dan gelap apabila sumber cukup koheren.

Interferens mengagihkan semula tenaga, bukan mencipta atau memusnahkannya

Kawasan dengan interferens memusnah boleh mempunyai amplitud yang kecil, tetapi ini tidak bermaksud tenaga keseluruhan sistem hilang. Dalam pola interferens yang lengkap, terdapat kawasan lain dengan interferens membina dan pengaliran tenaga perlu dinilai pada keseluruhan medan atau medium. Penjumlahan amplitud dan pengiraan intensiti juga bukan perkara yang sama, kerana intensiti lazimnya bergantung pada kuasa dua amplitud bagi gelombang sinus dalam keadaan tertentu.

Prinsip superposisi mempunyai julat kesahan

Penerangan mudah interferens menganggap sistem linear dan sumber cukup stabil untuk perbandingan fasa yang bermakna. Pada amplitud sangat besar, sesetengah medium bertindak secara tidak linear dan gelombang boleh berinteraksi dengan cara yang tidak dapat diterangkan hanya melalui penjumlahan mudah. Sumber yang fasa relatifnya berubah secara rawak juga tidak menghasilkan pola interferens mantap walaupun gelombang masih boleh bertindih pada setiap saat.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?