Τι είναι η Παρεμβολή Φωτός;
Η παρεμβολή φωτός είναι το φαινόμενο που συμβαίνει όταν δύο κύματα φωτός συναντώνται και η κορυφή του ενός κύματος ακυρώνει την κοιλότητα του άλλου κύματος.
Μία από τις θεμελιώδεις ιδιότητες του φωτός είναι η ικανότητά του να παρεμβαίνει στον εαυτό του. Οι περισσότεροι άνθρωποι παρατηρούν οπτικές παρεμβολές σε καθημερινή βάση, αλλά δεν γνωρίζουν ακριβώς πώς συμβαίνει αυτό το φαινόμενο. Μερικά παραδείγματα με τα οποία μπορούν να αναφερθούν οι άνθρωποι είναι ένα φιλμ λαδιού σε νερό ή μια σαπουνόφουσκα που αντανακλά μια ποικιλία από όμορφα χρώματα όταν το φυσικό ή τεχνητό φως πέφτει πάνω του. Αυτή η δυναμική αλληλεπίδραση χρωμάτων προέρχεται από την ταυτόχρονη αντανάκλαση του φωτός τόσο από την εσωτερική όσο και από την εξωτερική επιφάνεια της φυσαλίδας. Οι δύο επιφάνειες είναι πολύ κοντά μεταξύ τους (πάχος μόνο λίγα μικρά) και το φως που ανακλάται από την εσωτερική επιφάνεια παρεμβαίνει τόσο εποικοδομητικά όσο και καταστροφικά.
Αρχή της υπέρθεσης
Η αρχή της υπέρθεσης είναι μια από εκείνες τις ιδέες που ακούγονται πολύ πιο περίπλοκες από ό,τι είναι στην πραγματικότητα. Μερικές φορές η φυσική φαντάζει έτσι. Η αρχή της υπέρθεσης δηλώνει ότι για γραμμικά συστήματα, η καθαρή απόκριση που προκαλείται από δύο ή περισσότερες εισόδους είναι το άθροισμα των εισόδων που το καθένα θα είχε προκαλέσει από μόνο του. Ταραγμένος? Μάλλον, ας το απλοποιήσουμε λίγο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν οι άνθρωποι μιλούν για την αρχή της υπέρθεσης, μιλούν για κύματα ή ημιτονοειδείς δονήσεις στο χώρο και στο χρόνο. Παραδείγματα κυμάτων περιλαμβάνουν το φως, τον ήχο, τους κυματισμούς του νερού και τα κύματα σεισμού. Όλα αυτά τα πράγματα λειτουργούν με τον ίδιο βασικό τρόπο:Αν πάρετε δύο κύματα και τα βάλετε το ένα πάνω στο άλλο (ή τα υπερθέσετε) αθροίζονται. Αυτό είναι η υπέρθεση. Ας δούμε μερικές από τις λεπτομέρειες του τι σημαίνει αυτό στον πραγματικό κόσμο.
Όταν δύο κύματα βρίσκονται το ένα πάνω στο άλλο, συνδυάζονται για να παράγουν ένα συνολικό κύμα, το οποίο ονομάζουμε προκύπτον κύμα. Το ονομάζουμε έτσι γιατί είναι το αποτέλεσμα που παίρνετε όταν αθροίζονται τα κύματα. Τα κύματα περιέχουν κορυφές και γούρνες που έρχονται σε ένα μοτίβο, το ένα μετά το άλλο. Όταν τοποθετείτε τις κορυφές δύο κυμάτων, αυτά ενώνονται για να σχηματίσουν μια ακόμη μεγαλύτερη κορυφή. Όταν τοποθετείτε τις γούρνες δύο κυμάτων, αυτά ενώνονται για να σχηματίσουν μια ακόμη μεγαλύτερη γούρνα. Αυτό ονομάζεται εποικοδομητική παρέμβαση. Από την άλλη πλευρά, όταν τοποθετείτε την κορυφή ενός κύματος με τη γούρνα ενός άλλου, προστίθενται και ισοπεδώνονται σε τίποτα — μια επίπεδη γραμμή. Αυτό ονομάζεται καταστροφική παρέμβαση. Είναι παρόμοιο με το -6 + 6 =0. Η κορυφή και το κατώτατο σημείο αλληλοεξουδετερώνονται.
Εποικοδομητική και καταστροφική παρέμβαση
Standing waves (Φωτογραφία:Wjh31/Wikimedia Commons)
Τις περισσότερες φορές, όταν σκεφτόμαστε τα κύματα, τείνουμε να φανταζόμαστε ένα μόνο κύμα που ταξιδεύει μέσα από ένα μέσο. Όταν σκεφτόμαστε τα κύματα του νερού, για παράδειγμα, φανταζόμαστε ένα μόνο κύμα να ταξιδεύει μόνο του μέσα στην απεραντοσύνη του ωκεανού, αλλά προφανώς, αυτό δεν είναι ρεαλιστικό. Υπάρχει μόνο ένα κύμα που ταξιδεύει σε ολόκληρο τον ωκεανό; Φυσικά και όχι! Υπάρχουν αμέτρητα κύματα που ταξιδεύουν προς όλες τις κατευθύνσεις. Μερικά κύματα του ωκεανού είναι μεγαλύτερα και άλλα είναι μικρότερα. Μερικά κύματα προκαλούνται από τον άνεμο, ενώ άλλα προκαλούνται από κρουαζιερόπλοια, φάλαινες και χιλιάδες άλλα πράγματα! Αναπόφευκτα, κάποια κύματα πρόκειται να διασχίσουν ή να συναντηθούν μεταξύ τους. Όταν το κάνουν, η αντίδραση μεταξύ των κυμάτων είναι γνωστή ως παρεμβολή. Αυτή είναι η συνάντηση δύο ή περισσότερων κυμάτων που ταξιδεύουν στο ίδιο μέσο. Τα κύματα που συναντώνται στο ίδιο μέσο διαταράσσουν το ένα τη μετατόπιση του άλλου. Αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, έτσι ώστε το κύμα που προκύπτει να είναι ένα εντελώς νέο και διαφορετικό κύμα από οποιοδήποτε από τα δύο αρχικά.
Φανταστείτε ότι ταξιδεύουν ο ένας προς τον άλλο στο ίδιο μέσο. Ο ένας ταξιδεύει αριστερά και ο άλλος δεξιά. Και τα δύο έχουν το ίδιο πλάτος 1 μέτρο. Όταν τα δύο κύματα συναντώνται, έρχεται μια στιγμή που οι κορυφές και των δύο κυμάτων καταλήγουν στο ίδιο σημείο. Οι κορυφές τους επικαλύπτονται, έτσι τα πλάτη τους αθροίζονται. Αντί η κορυφή να είναι 1 μέτρο, τώρα έχει ύψος 2 μέτρα! Όταν οι κορυφές ή οι κοιλότητες δύο παρεμβαλλόμενων κυμάτων συναντώνται, τα πλάτη τους αθροίζονται. Πρόκειται για εποικοδομητική παρέμβαση . Λοιπόν, τι συμβαίνει όταν η κορυφή ενός κύματος συναντά την κοιλότητα ενός άλλου κύματος; Λοιπόν, συμβαίνει το αντίθετο και ονομάζεται καταστροφική παρέμβαση . Όταν η κορυφή και το κατώτατο σημείο δύο παρεμβαλλόμενων κυμάτων συναντώνται, το ένα πλάτος αφαιρείται από το άλλο.
Ας πάρουμε τα ίδια δύο κύματα που εξετάσαμε παραπάνω. Εξακολουθούν να ταξιδεύουν το ένα προς το άλλο και έχουν ακόμη πλάτος 1 μέτρο το καθένα. Ωστόσο, αυτή τη φορά, τυχαίνει η κορυφή του ενός κύματος να ευθυγραμμίζεται με την κοιλότητα του άλλου κύματος. Ξέρετε τι θα γίνει τότε με το συνολικό πλάτος; Δεν θα υπάρξει καμία! Η κορυφή του πρώτου κύματος θα ακυρώσει το κατώτατο σημείο του δεύτερου κύματος. Το μέσο έχει μηδενική μετατόπιση και το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια εντελώς επίπεδη επιφάνεια.
