Interferencja to zjawisko nakładania się fal. Interferencja jest przypadkiem ogólniejszego zjawiska superpozycji fal będącej przykładem superpozycji rozwiązań równań różniczkowych.

W fizyce wyróżnia się dwa rodzaje interferencji. Optyka najczęściej rozpatruje przypadek interferencji fal sinusoidalnych o zbliżonej częstotliwości i amplitudzie fali. Akustyka i analiza sygnałów częściej zajmują się nakładaniem się fal o złożonych kształtach.

Matematyczne podstawy

Rozchodzące się z kilku źródeł zaburzenia spotykają się w danym punkcie P. Aby obliczyć, jaka będzie amplituda fali w tym miejscu, trzeba dodać wartości wynikające z wyrażenia opisującego falę sinusoidalną. Jeżeli rozpatrzymy najprostszy przypadek interferencji fal pochodzących z dwóch źródeł o długości λ, które leżą od punktu P w odległościach d₁ i d₂ opisanych zależnością: $y(P\_1)=sin(t+\backslash phi\_1)+\; sin(t+\backslash phi\_2),$ gdzie: $\backslash phi\_1=\backslash frac\{d\_1\}\{\backslash lambda\},$ $\backslash phi\_2=\backslash frac\{d\_2\}\{\backslash lambda\},$ to okaże się, że dla: $\backslash phi\_1-\backslash phi\_2=k\backslash lambda$ fala ulega podwójnemu wzmocnieniu, a w przypadku gdy: $\backslash phi\_1-\backslash phi\_2=(2k+1)\backslash frac\{\backslash lambda\}\{2\},$ fale się wygaszają. Wartość φ, nazywana fazą fali zmienia się wraz z odległością od źródła. Gdy w jednym miejscu spotkają się fale o przeciwnej fazie, to nastąpi ich wygaszenie.

Obserwacja interferencji

Dla zjawiska interferencji, obszar rozchodzenia się fal składa się z fragmentów, gdzie zupełnie nie ma oscylacji i miejsc, w których jej amplituda ulega podwojeniu. Aby zaobserwować maksima i minima interferencyjne, konieczne jest, aby źródła fal były koherentne, czyli miały tą samą fazę, częstotliwość oraz długość). Białe światło Słońca nie spełnia takiego warunku i dlatego najłatwiej zaobserwować interferencję światła lasera. Doświadczenie Younga pozwala na obserwację tego zjawiska dla światła białego. Interferencja fal.png

Najprostszą metodą zaobserwowania interferencji dwóch przebiegów okresowych jest nałożenie na siebie dwóch grzebieni lub dwóch zwojów firanki najlepiej siatkowej bez zadnego wzoru. Widać wówczas wyraźnie, że w pewnych miejsach światło prześwituje zaś w innych jest całkowicie zasłonięte. Pojawiaja się wzory zbliżone do tych dla interferencji fal sinusoidalnych. Ze względu na inny mechanizm powstawania nazywame są one prążkami moire.

Praktyczne zastosowania interferencji

Interferencja pozwala na bardzo precyzyjny pomiar długości drogi od źródła do detektora fali. Światło lasera można podzielić kostką światłodzielącą na dwie wiązki. Jedną z nich umieszcza się na mierzonym odcinku, a drugą wprowadza do detektora jako wiązkę odniesienia. W efekcie rejestrowane natężenie światła będzie rosnąć i maleć cyklicznie w miarę zwiększania wymiarów odcinka. Długość fali może stać się wzorcem odległości, np. metra, co wykorzystuje interferometr laserowy.

Najnowsze prace nad telefonią komórkową trzeciej generacji (UMTS) doprowadziły do powstania idei nowej anteny opierającej swoją zasadę działania na interferencji fal. Jeżeli zamiast jednego nadajnika, umieścimy kilka w pewnej odległości od siebie, to fale zaczynają się nakładać. W efekcie stara komórka sieci komunikacyjnej dzieli się na kilka obszarów, w których niezależnie można przekazywać sygnały. Antena tego typu określana jest jako antena adaptacyjna.

Jeżeli uda się zbudować układ generujący fale dźwiękowe w przeciwfazie do hałasu wytwarzanego przez jakieś urządzenie, to nastąpi całkowite jego wyciszenie. Zasadę taką wykorzystuje w aktywnym tłumieniu hałasu (ATH).

Interferencja fal o złożonych kształtach

---

W akustyce oraz analizie sygnałów, obserwuje się fale o bardzo złożonej strukturze. Dźwięki słyszane przez człowieka powstają na skutek interferencji fal w szerokim zakresie częstotliwości i amplitud obserwowanych jako zmiany natężenia przepływających mas powietrza (zmiany ciśnienia). Jednak zarówno ludzki mózg, jak i nowoczesne procesory sygnałowe są w stanie dokonać analizy takiej fali. Rozkład fali na elementy składowe opiera się na założeniu, że wszystkie interferujące fale da się zapisać jako sumę fal sinusoidalnych. Przekształcenie to nazywa się transformatą Fouriera. Na drodze pewnych uproszczeń można je przyspieszyć i umożliwić implementację w sprzęcie elektronicznym (proste analizatory widma w sprzęcie grającym). Te uproszczone przekształcenia to tak zwana dyskretna transformata Fouriera i szybka transformata Fouriera (ang. FFT). Analiza interferencji fal pozwala na lepsze zrozumienie istoty dźwięku, co zaowocowało opracowaniem formatu MP3. Dzięki transformacie FFT możliwe jest przesyłanie danych na wielu częstotliwościach, dzięki czemu możliwe jest zbudowanie modemu PLC.

Zobacz też:

---

• dyfrakcja
• interferometr
• superpozycja
• fala stożkowa
• dudnienie

Fale | Optyka | Zjawiska fizyczne

Interferenz | Interference | interferentie