Refleksija, lom i interferencija valova

Razlika u hodu i fazi

Kada se dva vala nađu u nekoj točki prostora oni međudjeluju. To međudjelovanje nazivamo interferencijom valova. Rezultat interferencije ovisi o tome na kojoj je udaljenosti točka u kojoj promatramo interferenciju od izvora pojedinog vala. Svaki je val prešao određeni put do te točke, a razliku između prijeđenog puta jednog i drugog vala nazivamo razlika u hodu, \(\Delta x\).

Ova razlika predstavlja doslovnu udaljenost (u metrima) između dviju točaka valova koji interferiraju. Osim razlike u hodu, definiramo i razliku u fazi, \(\Delta\varphi\) koju možemo povezati s razlikom u hodu prema formuli:

Razlika u hodu između dva brijega ili bilo koje druge točke na istom položaju nekog vala iznosi \(\lambda\), a pripadna razlika u fazi iznosi \(2\pi\).

Interferencija valova

Da bi dva vala mogla interferirati izvori tih valova moraju biti koherentni. To znači da oni proizvode valove jednakih valnih duljina sa stalnom razlikom u fazi.

Dva vala mogu interferirati tako da se amplituda rezultantnog vala poveća ili smanji. Ako se amplituda rezultantnoga vala poveća tada govorimo o konstruktivnoj interferenciji, a ukoliko je rezultantna amplituda smanjena onda je riječ o destruktivnoj interferenciji. Kada se u nekoj točki prostora susretnu dva vala u fazi (npr. dva brijega) tada će doći do konstruktivne interferencije i povećanja rezultantne amplitude.

Na slici možemo vidjeti "sudar" dva brijega koji rezultira povećanjem ukupne amplitude. Točnije, vidljiva je konstruktivna interferencija. Uvjet konstruktivne interferencije je razlika u hodu koja mora biti jednaka cijelom broju valnih duljina. Tako možemo biti sigurni da će se susresti dva vala u fazi:

Kada je riječ o destruktivnoj interferenciji, dva vala moraju biti u protufazi. To postižemo izjednačavanjem razlike u hodu s neparnim višekratnikom polovina valne duljine.

Ako promatramo interferenciju valova iz dvaju izvora čija je valna duljina poznata u nekoj točki čiju udaljenost u prostoru znamo, vrlo lako možemo odrediti hoće li doći do konstruktivne ili destruktivne interferencije.

Na slici je vidljivo da je razlika u hodu dvaju valova jednaka valnoj duljini što znači da će u toj točki doći do konstruktivne interferencije.

Na slici je vidljivo da je razlika u hodu dvaju valova jednaka \(3\frac{\lambda}{2}\) što znači da će u toj točki doći do destruktivne interferencije.

Refleksija valova

Val koji se širi užetom reflektira (odbija) se nailaskom na čvrsti ili slobodni kraj. Način na koji se val reflektira ovisi o tome na kakvom se kraju reflektira.

Refleksija na čvrstom kraju

Pri refleksiji na čvrstom kraju dolazi do promjene u fazi vala. Točnije, ako val dolazi na čvrsti kraj kao brijeg, vraćat će se kao dol i obrnuto. Razlika u hodu dolaznog i reflektiranog vala jednaka je \(\frac{\lambda}{2}\). Pripadna razlika u fazi iznosi \(\varphi = \pi\).

Refleksija na slobodnom kraju

Pri refleksiji na čvrstom kraju ne dolazi do promjene u fazi vala. Točnije, ako val dolazi na čvrsti kraj kao brijeg, vraćat će se kao brijeg i obrnuto. Razlika u hodu dolaznog i reflektiranog vala jednaka je 0 kao i pripadna razlika u fazi.

Lom valova

Ako val (npr. na vodi) prelazi iz područja plitke u područje dublje vode njegova se valna duljina i brzina mijenjaju, a frekvencija ostaje ista. Tu pojavu zovemo lom valova. Jedan od valova čiji ćemo lom pri prelasku između dvaju različitih sredstava promatrati je svjetlost.