Interferens — forklaring på konstruktiv og destruktiv bølgeinteraktion
Interferens forklaret: Få en klar, visuel og enkel gennemgang af konstruktiv og destruktiv bølgeinteraktion fra Youngs forsøg til praktiske eksempler.
I fysik er interferens en effekt der følger af bølgefunktioner og princippet om superposition: når to eller flere bølger mødes, lægger deres udsving sig sammen. En enkelt bølge kan også interferere med sig selv (se for eksempel Young's slids-eksperiment med enkeltsfotons), men alt, der sker, kan beskrives som en addition af bølger. To eller flere bølger påvirker altid hinanden i samme område, selvom resultatet af additionen nogle gange kan virke komplekst eller ubemærket.
Hvordan interferens opstår
Når bølger fra to kilder mødes i samme punkt, afgør deres relative fase om de forstærker eller udslukker hinanden. Hvis bølgetoppene møder toppene, får man konstruktiv interferens og større amplituder. Hvis toppene møder lavpunkterne, kan bølgerne destruktivt udslukke hinanden, så amplituden bliver reduceret eller nul. Denne sammenlægning af virkninger gælder for alle typer bølger: lys, lyd, vandbølger, og også bølgefunktioner i kvantemekanik.
Betingelser for konstruktiv og destruktiv interferens
De vigtigste faktorer er bølgelængde, fasedifference og vejforskel mellem kilderne:
- Konstruktiv interferens: opstår når fasedifferencen φ er et helt multiplum af 2π, hvilket svarer til en vejforskel Δx = m·λ (m heltal). Resultatet er øget amplitude.
- Destruktiv interferens: opstår når fasedifferencen φ = (2m+1)·π, dvs. vejforskel Δx = (m+1/2)·λ. Her kan bølgerne delvist eller fuldstændigt udligne hinanden.
Intensiteten i et punkt kan for to harmoniske bølger ofte skrives som proportional med E1^2 + E2^2 + 2·E1·E2·cos(φ), hvor E1 og E2 er amplituder og φ er fasedifferencen.
Vigtige begreber
- Koherens: For at få et stabilt interferensmønster kræves koherente kilder — dvs. kilder med konstant faseforhold over den tid og afstand, der måles. Ukoherente kilder giver ofte udtværede eller ingen faste mønstre.
- Vejforskel: Forskellen i den afstand, bølgerne tilbagelægger til et punkt, bestemmer fasedifferencen.
- Selvinterferens: Et enkelt bølgefelt kan dele sig og efterfølgende genforenes (f.eks. i en dobbeltspalte), så selv ét foton eller én partikel kan vise et interferensmønster.
Eksempler fra hverdag og teknologi
- Young's slids-eksperiment (Young's slids-eksperiment): klassisk demonstration af interferens med lys og fotoner.
- Tyndfilm-farver: såperand eller oliefilm viser farver pga. interferens mellem refleksioner fra forskellige lag.
- Antirefleks-belægninger: bruges i glas og kameraobjektiver ved at skabe destruktiv interferens for reflektet lys ved bestemte bølgelængder.
- Støjreducering: støjreducerende hovedtelefoner bruger destruktiv interferens (faseomstilling) for at mindske uønsket lyd.
- Stående bølger: når frem- og tilbagegående bølger interfererer i et strengt system (fx en streng eller et rør), opstår faste node- og antinode-mønstre.
- Beats: når to nærtliggende frekvenser blandes, ser man en langsommere amplitudevariation — et resultat af interferens mellem de to frekvenser.
Kort opsummering
- Interferens er resultatet af superposition af bølger.
- Konstruktiv interferens forstærker, destruktiv reducerer eller annullerer.
- Fasedifference, vejforskel og koherens afgør mønstrene.
- Interferens optræder i mange fænomener og teknologier — fra farver i sæbefilm til kvantemekaniske eksperimenter.
Et enkelt analogt billede: hvis to personer skubber på en bil i samme retning, flyttes den lettere end af én person alene (positiv/konstruktiv interferens). Hvis de skubber lige modsat med samme kraft, bliver bilen stående (negativ/destruktiv interferens). Dette illustrerer på en simpel måde, hvordan kræfter eller udsving kan lægges sammen eller udligne hinanden.
Når to sten rammer en dam på samme tid, interfererer deres bølger med hinanden
Konstruktiv interferens
Konstruktiv interferens opstår, når to eller flere bølger befinder sig i samme rum og er i fase. Når dette sker, lægges bølgernes amplituder sammen, og summen er større end amplituden af hver af bølgerne alene. Dette får bølgerne til at fremstå mere intense.
På tidspunktet = 0 bevæger en bølgetop sig fra venstre og en anden bølge fra højre.
På tidspunktet = 1 mødes de to bølgetoppe i midten.
På tidspunkt = 2 er de to bølgetoppe hver især fortsat med at bevæge sig fremad og dukker op igen i deres oprindelige højder.
Destruktiv indblanding : Når toppen af en bølge møder bunden af en anden bølge i midten, forbliver vandet fladt.
Konstruktiv indblanding : Når to bølgetoppe mødes på midten, opstår der en højere bølge.
Destruktiv interferens
Destruktiv interferens opstår, når to eller flere bølger befinder sig på samme sted og er ude af fase. Når dette sker, lægges bølgernes amplituder sammen, og summen er mindre end amplituden af hver af bølgerne for sig selv. Dette får bølgerne til at fremstå mindre intense.
På tidspunktet = 0 bevæger en bølgetop sig ind fra venstre og et bølgetal bevæger sig ind fra højre.
På tidspunkt = 1 har de to bølger mødt hinanden på midten. Bølgetoppen (toppen) udfylder bølgedalen.
På tidspunktet = 2 er de to bølger flyttet videre i deres oprindelige retning, og hver bølge kommer igen frem.
Eksempler på interferens
Efter en regnbyge kan man ofte se mønstre, når der flyder lidt olie oven på vandpytter. Farverne vil være i følgende rækkefølge: rød, orange, gul, grøn, blå og violet. Hver af disse farver lys har sin egen bølgelængde, og forskellige dele af olien har forskellige tykkelser. En del af lyset fra solen preller af på den øverste overflade, med andre ord preller det af på olien. En del af sollyset preller af på vandets overflade. Lysbølgerne fra olieoverfladen og lyset fra vandoverfladen mødes igen i luften, og de interfererer. For enhver tykkelse af olielaget vil nogle af lysbølgerne tilføje og andre trække dem fra, så resultatet er, at en farve lys vil være stærkest der.
Når to meget polerede glasplader presses sammen, vil afstanden mellem de to stykker glas undertiden ændre sig fra sted til sted. Når det sker, kaldes det mønster, der viser sig, for "Newtons ringe". Når diasfotografier lægges mellem to tynde glasplader for at blive vist i en diaprojektor, er denne form for mønster et stort problem. Det samme problem kan dukke op, når to objektglas sættes sammen.
Støjreducerende hovedtelefoner bruger destruktiv interferens til at udelukke støj udefra.
· 
Olie på vand skaber et interferensmønster i spektrets farver
· 
Newtons ringe
· 
Interferens giver et lysshow på en sæbeboble.
Spørgsmål om fysik
Her er et diagram af den slags ting, der producerer nogle former for lysinterferens. Afstanden mellem det øverste stykke glas og det nederste stykke glas bliver større nær de ydre kanter.
En enklere opsætning ville være at have to flade glasstykker, der er i kontakt langs den ene kant, og en snæver vinkel mellem deres to flader. Hvis afstanden mellem den øverste overflade af det første stykke glas og den øverste overflade af det andet stykke glas på et tidspunkt er sådan, at de lysstråler, der reflekteres fra begge dele, er synkroniserede eller i fase, vil det reflekterede lys være klart, men hvis de to stråler er en halv cyklus ude af fase, vil de to stråler på det tidspunkt ophæve hinanden, og det reflekterede lys vil ikke være klart.
Et buet stykke glas over et fladt stykke glas
To flade glasstykker, der danner en snæver vinkel med hinanden
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er interferens i fysik?
A: Interferens i fysik er effekten af bølgefunktioner.
Q: Kan en enkelt bølge interferere med sig selv?
A: Ja, en enkelt bølge kan interferere med sig selv.
Q: Når to bølger befinder sig i det samme rum, interfererer de så altid?
A: Ja, to bølger interfererer altid, når de befinder sig i det samme rum.
Q: Hvad er positiv interferens?
A: Positiv interferens, også kendt som konstruktiv interferens, opstår, når bølger tilføjer deres effekter.
Q: Hvordan defineres negativ interferens?
A: Negativ interferens, også kendt som destruktiv interferens, opstår, når den ene bølge trækker effekten af den anden bølge fra.
Q: Kan du give et eksempel på positiv interferens?
A: Ja, hvis to personer skubber til en bil i samme retning, vil de flytte bilen bedre end den ene alene. Det ville være positiv interferens.
Q: Hvad er et eksempel på negativ interferens?
A: Hvis to personer med samme styrke skubbede til bilen fra hver sin retning, ville den ikke blive flyttet af nogen af dem. Det ville være negativ interferens.
Søge