Valovna posoda

Vrednosti izbranega izvora:
Položaj x:
Položaj y:
Amplituda:
Faza v stopinjah:

Valovna dolžina (nm)

 

Animacija ponazarja valovno posodo, v kateri lahko vidimo interferenčne pojave z dvema ali več izvori.  Ko se dva ali več valov sreča, se medsebojno prepletajo (interferenca).  "Prepletanje" valov (superpozicija!) je lahko konstruktivno, kar povzroči na posameznih točkah večjo amplitudo, lahko pa je prepletanje destruktivno, kar povzroča manjše amplitude. 

izvori valov so označeni z rdečimi pikami.  Valovi so ponazorjeni črnobelo.  Lego izvorov lahko z miško spreminjamo. Izbrani izvor je oranžne barve, njegovi podatki so vidni v desnem okencu. Dodajamo lahko nove izvore tako, da vpišemo njihove podatke in kliknemo na gumb  "Dodaj izvor".
Valovno dolžino spreminjamo z drsnikom

V pogledu  "Prikaz amplitud"  (klik na ustrezni gumb) je najvišja amplituda prikazana v belem, "negativne" amplitude so črne, področja z amplitudo nič so siva.  Tak pogled bi imeli v posodi z vzvalovano tekočino.

Pri pogledu "Prikaz intenzivnosti" je intenzivnost sorazmerna kvadratu amplitude, največja amplituda  (pozitivna ali "negativna") je prikazana belo, črno pobarvana so področja z amplitudo enako nič.  Tako je zato, ker je intenzivnost povezana s kvadratom amplitude.  Tak pogled bi imeli na ekranu pri interferenci svetlobe.  Ker je energija vala sorazmerna kvadratu amplitude, lahko razumemo prikaz intenzivnosti tudi kot prikaz energijskega toka oziroma osvetljenosti zaslona.

Za razumevanje te animacije in obeh predstavitev  je pomembnih več stvari.  Najprej imejmo le en vir.  Zbrišimo vse vire in v izhodišče dodajmo enega z relativno amplitudo 1 in fazo 0.  Valovno dolžino nastavimo na 1 enoto.  Izberimo amplitudni pogled. Izmerimo valovno dolžino. Seveda moramo dobiti vrednost 1.  To je razdalja med sosednjimi črnimi in belimi področji. Sedaj peklopimo na prikaz intenzivnosti in malo počakajmo. Spet izmerimo valovno dolžino. Ponovno bi morali dobiti 1. Pa smo res? Morda ne. V tem pogledu  valovna dolžina ne ustreza razdalji med belimi in črnimi področji. Valovno dolžino dobimo, če upoštevamo še eno belo oziroma črno področje.  V amplitudnem prikazu namreč bela in črna področja predstavljajo amplitude  +  -  +   -  +   -  +  -  itd.  Pri prikazu intenzivnosti pa bela in črna področja predstavljajo intenzivnost (energijo)   +  0  +  0  +  0  +  0 itd. kar ustreza amplitudam  +  0  - 0  +  0  -  0, itd., saj je intenzivnost povezana s kvadratom amplitude. Če te to moti (tudi, če ne), poglejmo spodnji sliki in opazimo, da dajeta enako valovno dolžino, če le upoštevamo razliko v interpretaciji.

     
amplitudni prikaz: + predstavlja amplitudo +1     prikaz intenzivnosti: + predstavlja amplitudo of +1  

Sedaj zbrišimo naš izvor in dodajmo dva izvora z enako amplitudo in fazo, razmaknjena za 1 enoto, torej pri y = 0 (x = -0.5 in x = 0.5).  Valovno dolžino nastavimo na 2 enoti in sprožimo animacijo.  Opazimo mrtve cone, ki so posledica destruktivne interference desno in levo od obeh virov.  Zakaj se to zgodi?  Ker je razdalja med obema viroma polovica valovne dolžine za kakršenkoli položaj na osi x, bosta oba vala  za  180° fazno zamaknjena in se bosta seštevala destruktivno.  Poleg tega sta na osi y oba vala ekvidistančna od svojih izvoriv in torej interferirata konstruktivno, saj sta stalno sofazna. Ko imamo interferenco vidimo, da razlika v poti povzroči razliko v fazi pri obeh valovih.

Z animacijo lahko še naprej raziskujemo lastnosti valov.

  • Kaj se zgodi, če razdaljo med viroma povečamo ali zmanjšamo?

  • Kaj se zgodi, če spremenimo fazo med obema izvoroma?

  • Kaj se zgodi, če povečamo ali zmanjšamo valovno dolžino oddajanih valov?

  • Kaj se zgodi, če dodamo še več izvorov?