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光の干渉とは?

<ブロック引用>

光の干渉は、光の 2 つの波が出会い、一方の波の山が他方の波の谷を相殺するときに発生する現象です。

光の基本的な特性の 1 つは、それ自体に干渉する能力です。ほとんどの人は日常的に光干渉を観察していますが、この現象が実際にどのように発生するかはよくわかっていません。人々が共感できる例としては、水に油の膜ができたものや、自然光や人工光が当たるとさまざまな美しい色を反射するシャボン玉があります。この動的な色の相互作用は、泡の内側と外側の両方の表面からの光の同時反射に由来します。 2 つの表面は非常に接近しており (厚さはわずか数ミクロン)、内側の表面から反射された光は建設的および破壊的に干渉します。

重ね合わせの原則

重ね合わせの原理は、実際よりもはるかに複雑に聞こえるアイデアの 1 つです。物理学は時々そのようにパンアウトします。重ね合わせの原理は、線形システムの場合、2 つ以上の入力によって引き起こされる正味の応答は、それぞれが単独で引き起こしたであろう入力の合計であると述べています。混乱している?おそらく、これを少し単純化しましょう。ほとんどの場合、人々が重ね合わせの原理について話すとき、彼らは空間と時間における波または正弦振動について話しています。波の例としては、光、音、水の波紋、地震波などがあります。これらはすべて同じ基本的な方法で機能します。2 つの波を取り、それらを互いに重ね合わせる (または重ね合わせる) と、それらは加算されます。これが重ね合わせです。それが現実世界で何を意味するのか、詳細を見ていきましょう。

2 つの波が重なり合うと、それらが結合して合計波が生成されます。これを合成波と呼びます。波が足されたときに得られる結果であるため、私たちはそれを呼んでいます。波には山と谷があり、一定のパターンで次々と現れます。 2 つの波のピークを重ね合わせると、2 つの波が合わさって、さらに大きなピークが形成されます。 2 つの波の谷を重ね合わせると、それらが合わさってさらに大きな谷が形成されます。これは建設的干渉と呼ばれます。一方、ある波の山と別の波の谷を重ね合わせると、それらは足し合わされて平らになり、平らな線になります。これを破壊的干渉と呼びます。これは -6 + 6 =0 に似ています。山と谷は互いに打ち消し合います。

建設的および破壊的な干渉

定在波 (写真提供:Wjh31/Wikimedia Commons)

ほとんどの場合、波について考えるとき、媒体を通過する単一の波を想像する傾向があります。たとえば、水の波について考えるとき、広大な海を単独で移動する単一の波を想像しますが、明らかにそれは非現実的です.海全体を通過する波は 1 つだけですか?もちろん違います!四方八方に無数の波が押し寄せています。海の波は大きいものもあれば小さいものもあります。風によって引き起こされる波もあれば、クルーズ船、クジラの衝突、その他何千ものものによって引き起こされる波もあります。必然的に、いくつかの波が交差したり、ぶつかったりします。それらがそうするとき、波の間の反応は干渉として知られています。これは、同じ媒体内を移動する 2 つ以上の波の出会いです。同じ媒体で出会う波は、実際には互いの移動を妨害します。それらは互いに干渉するため、結果として得られる波は、元の 2 つのいずれとも異なるまったく新しい波になります。

彼らが同じ媒体でお互いに向かって移動していると想像してください。 1 つは左に移動し、もう 1 つは右に移動します。どちらも1メートルの同じ振幅を持っています。二つの波がぶつかる時、両方の波の頂点が同じ場所に来る瞬間があります。それらの山が重なり合っているため、それらの振幅が加算されます。紋章の高さは 1 メートルから 2 メートルになりました。干渉する 2 つの波の山または谷が出会うと、それらの振幅が加算されます。これは建設的干渉です .では、ある波の山が別の波の谷にぶつかるとどうなるでしょうか?その逆が起こり、破壊的干渉と呼ばれます .干渉する 2 つの波の山と谷が出会うと、一方の振幅が他方の振幅から差し引かれます。

上で検討したのと同じ 2 つの波を考えてみましょう。それらはまだお互いに向かって移動しており、それぞれの振幅はまだ 1 メートルです。しかし今回は、たまたま一方の波の山がもう一方の波の谷と一直線に並んでいます。全体の振幅に何が起こるか知っていますか?ありません!第 1 波の山は第 2 波の谷を相殺します。媒体の変位はゼロであり、最終的な結果は完全に平坦な表面になります。


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