Teorija

Interference
Interference ir viļņu savstarpējā mijiedarbība, kad viļņi sastopas. Fizikā parasti interferenci apskata, kad sastopas divi vienādi viļņi.
Viļņus, kuriem ir vienāds viļņu garums un vienāda amplitūda, sauc par koherentiem viļņiem.
Atkarībā no viļņu savstarpējās fāžu nobīdes, viļņi var viens otru pastiprināt vai pavājināt.
interf_1.PNG
interf_2.PNG
Ja divi vienādi viļņi sastopas vienādās fāzēs, tad viļņi viens otru pastiprina un novērojama rezultējošās amplitūdas palielināšanās.
Ja viļņi sastopas pretējās fāzēs, tad viļņi viens otru pilnībā dzēš un rezultējošā viļņa amplitūda ir vienāda ar nulli.
 
Interferences rezultātā noteiktā telpas punktā rodas stāvviļņi. Ja viļņiem ir dažādas amplitūdas, tad nav iespējams novērot situāciju, kad divi viļņi viens otru pilnībā dzēš.
Interferences piemēri.
Piemērs:
Baseinā uz ūdens virsmas radītie viļņi atstarojas no šķēršļa un interferē savā starpā. Brīdī, kad viļņu fāzes sakrīt, rezultējošā viļņa augstums ir 2 reizes lielāks nekā katra atsevišķa viļņa augstums. Brīdī, kad viļņu fāzes ir pretējas, viļņi viens otru dzēš un viļņi uz ūdens virsmas nav novērojami. (video)
Piemērs:
Ja noteiktas formas metāla virsmas centrā tiek pievadītas svārstības, tad no metāla virsmas malām svārstības atstarojas, kā rezultātā notiek interference un veidojas stāvviļņi. Lai redzētu stāvviļņus, uz virsmas uzber smalku pulveri. Pulveris sakrājās tajās vietās,  kur viļņi viens otru pilnībā dzēš. No tām vietām, kur viļņi viens otru pastiprina, notiek intensīvas svārstības un pulveris "lec" prom. Ieteicams skatīties pie minimāla skaļruņu skaļuma. (video)
Piemērs:
Ja caurulē laiž skaņu, tad skaņas viļņi atstarojas no šķēršļa un notiek interference un veidojas stāvviļņi. Skaņas viļņi izplatās kā spiediena viļņi.  Ja cauruli piepilda ar propāna-butāna gāzi, tad stāvviļņus var novērot ar gāzes liesmām. Kur viļņi pastiprina viens otru, tur ir lielāks gāzes spiediens un liesmas ir augstākas. Kur viļņi viens otru pavājina, tur spiediens ir mazāks un liesmas ir mazas. (video)
Arī gaisma ir vilnis. 19. gs. Tomass Jangs ar slaveno dubultspraugas eksperimentu pierādīja, ka gaisma interferē savā starpā. No viena avota nākošās gaismas plūsmai priekšā novieto šķērsli ar 2 spraugām un rezultātā katra sprauga kļūst par jaunu gaismas avotu, un abu avotu viļņi ir koherenti.  Gaismas viļņu pārklāšanās rezultātā viļņu svārstības savstarpēji pastiprinās un pavājinās. Uz ekrāna gaismas viļņu interference izpaužas kā secīga virsmas apgaismojuma maiņa, kurā novēro tā sauktos interferences maksimumus un minimumus.
interf_3.PNG
Piemērs:
Ja kā primāro gaismas avotu izmanto sarkanās gaismas lāzeri, tad rezultātā uz ekrāna iegūst šādu interferences ainu.
 interf_4.png
Video interferences ainu iegūst, kad lāzera stars tiek laists cauri spraugām starp apaļajiem zīmuļa grafīta stienīšiem. (video)
 
Rodas jautājums: "Kā divi gaismas viļņi var dzēst viens otru un radīt tumsu?"
Svarīgi!
Gaisma ir elektromagnētiskie viļņi. Kad divu koherentu gaismas viļņu elektriskās intensitātes vektori ir pretēji, tad tie dzēš viens otru.
Svarīgi!
Gaismas viļņiem, ar vienādu viļņu garumu, pārklājoties, to rezultējošais vilnis veidojas kā atsevišķu viļņu summa. Šo parādību sauc par viļņu interferenci. Rezultējošā viļņa amplitūda ir atkarīga no atsevišķo viļņu amplitūdām un fāžu starpībām.
Interferences ainas izskaitļošana nozīmē maksimumu un minimumu vietas noteikšanu izmantojot interferences maksimumu un minimumu nosacījumus.
1) Interferences ainas maksimumus novēro vietās, kur gaismas staru ģeometrisko ceļu starpība Δx no avota līdz novērošanas vietai ir vienāda ar nulli vai vienāda ar gaismas viļņa garuma λ daudzkārtni (attēls pa kreisi).
Δx=kλ;kurk=0,1,2,3.....
2) Interferences ainas minimumus novēro vietās, kur gaismas staru ģeometrisko ceļu starpība Δx no avota līdz novērošanas vietai ir vienāda ar nepāra skaitu pusviļņa garumu vai to daudzkārtni (attēls p labi).
Δx=(k+12)λ;kurk=0,1,2,3.....
interf_5.PNG
 
Ikdienā gaismas interference ir vērojama:
1) plānās caurspīdīgās šķidrumu kārtiņās. Ziepju burbulis izskatās krāsains gaismas interferences dēļ. Plānas eļļas un benzīna kārtiņas uz ūdens arī mums šķiet krāsainas gaismas interferences dēļ.
2) dažu putnu spalvu un tauriņu spārnu krāsās. Ir tauriņi, kuru spārni ir bezkrāsaini. Bet spārnu mikrostruktūras dēļ notiek noteiktas krāsas gaismas interference un spārni izskatās koši.
3) briļļu lēcu, fotoaparātu un binokļu objektīvu violetais atspīdumā.
 
Gaismas interferenci var izmantot ļoti mazu attālumu un sīku defektu noteikšanai. Ar tās palīdzību var noteikt ļoti plānu un caurspīdīgu materiālu biezumu, dažādu tehnisko ierīču precīzus ģeometriskos izmērus un formu, piemēram, mikroskopu vai tālskatu lēcām.
 
Atsauce:
E. Šilters, V. Reguts, A. Cābelis, I. Vilks Fizika 12. klasei. Lielvārds 2008
http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=330_2.html#navtop
http://peacepink.ning.com/forum/topics/interference-patterns-created
http://tsgphysics.mit.edu/pics/P%20Interference/Q2-P10-Laser-Diffraction-and-Interference-still.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Laser_Interference.JPG
http://www.microscopyu.com/articles/polarized/images/interferencefigure1.jpg
http://www.microscopyu.com/articles/polarized/images/interferencefigure3.jpg