Tekst źródłowy strony Interferencja

{{Inne znaczenia|pojęcia z dziedziny fizyki|[[interferencja (ujednoznacznienie)|inne znaczenia słowa „interferencja”]]}}
[[Plik:Wavepanel.png|thumb|Interferencja fal w zależności od długości fali (wzrasta od góry ku dołowi) i wzajemnej odległości źródeł (rośnie od lewej do prawej)]]

'''Interferencja''' ([[łacina|łac.]] ''inter'' – między + ''ferre'' – nieść) – zjawisko powstawania nowego, przestrzennego rozkładu amplitudy fali (wzmocnienia i wygaszenia) w wyniku nakładania się ([[Superpozycja fal|superpozycji]]) dwóch lub więcej [[fala|fal]]<ref>{{Encyklopedia PWN | tytuł = Interferencja fal | id = 3915082 | data dostępu = 2021-07-23 }}</ref>. Warunkiem trwałej interferencji fal jest ich [[Koherencja fal|spójność]], czyli [[Koherencja fal|korelacja fal]] i równość [[częstotliwość|częstotliwości]].

== Matematyczne podstawy ==
W ośrodku liniowym rozchodzące się z kilku źródeł zaburzenia spotykają się w danym punkcie <math>P.</math> Zaburzenie ośrodka w tym punkcie jest sumą zaburzeń wywołanych przez poszczególne fale.

Dla najprostszego przypadku dwóch [[Fala|fal harmonicznych]] o jednakowych amplitudach <math>A,</math> jednakowej długości fali <math>\lambda</math> i zgodnych fazach początkowych, rozchodzących się z dwóch różnych źródeł leżących w odległościach odpowiednio <math>d_1</math> i <math>d_2</math> od punktu <math>P,</math> zaburzenie w punkcie <math>P</math> opisuje wzór:
: <math>y(P)=A \sin(\omega t+\varphi_1)+ A \sin(\omega t+\varphi_2)</math>

gdzie:
: <math>\varphi_1=2\pi\frac{d_1}{\lambda}</math>
: <math>\varphi_2=2\pi\frac{d_2}{\lambda}.</math>

[[Plik:Interference of two waves.svg|thumb|365px|Z lewej interferencja fal będących w tej samej fazie, z prawej – w przeciwfazie]]
Gdy spełniony jest warunek:
: <math>\varphi_1-\varphi_2 = 2\pi\frac{d_1-d_2}{\lambda} = 2k\pi</math>

gdzie <math>k</math> to dowolna liczba naturalna <math>(0, 1, 2,\dots),</math> fale w punkcie <math>P</math> ulegają wzmocnieniu (są w tej samej fazie) i
: <math>y(P) = 2A \sin(\omega t).</math>

Gdy w pewnym punkcie <math>P_1</math>
: <math>\varphi_1-\varphi_2 = 2\pi\frac{d_1-d_2}{\lambda} = (2k+1)\pi</math>

fale wygaszają się (są w [[przeciwfaza|przeciwfazie]]), czyli
: <math>y(P_1) = 0.</math>

== Interferencja a odbicie fali ==
Na obraz interferencyjny mają wpływ wcześniejsze [[Odbicie fali|odbicia fali]], ponieważ faza fali padającej na granicę dwu ośrodków może zmienić się na przeciwną, czyli o <math>\pi.</math> W [[Akustyka|akustyce]] ma to miejsce wówczas, gdy [[Fale akustyczne|fala dźwiękowa]] odbija się od ośrodka, w którym [[Oporność falowa (akustyka)|oporność falowa]] jest większa niż w ośrodku, w którym fala się rozchodzi. W [[Optyka|optyce]] dotyczy to sytuacji, gdy światło odbija się od ośrodka o większym [[współczynnik załamania|współczynniku załamania]] (w którym światło ma mniejszą prędkość). Wówczas zamiast o zmianie fazy można mówić o zmianie [[droga optyczna|drogi optycznej]] o pół [[Długość fali|długości fali]].

W przeciwnych sytuacjach zmiana fazy nie występuje (dźwięk odbija się od granicy z ośrodkiem o mniejszej oporności lub światło odbija się od ciała o mniejszym współczynniku załamania).

[[Plik:Two sources interference.gif|ramka|prawo|Interferencja fal z dwóch źródeł punktowych]]

== Obserwacja interferencji ==
Dla zjawiska interferencji, obszar rozchodzenia się fal składa się z fragmentów, gdzie zupełnie nie ma oscylacji i miejsc, w których jej [[amplituda]] ulega podwojeniu. Aby zaobserwować maksima i minima interferencyjne, konieczne jest, aby źródła fal były [[koherencja fal|koherentne]], czyli miały tę samą [[faza fali|fazę]] i częstotliwość. Białe światło Słońca nie spełnia takiego warunku; dla każdej długości fal składających się na światło białe wzmocnienie i osłabienie interferencyjne zachodzi w innym miejscu. [[Doświadczenie Younga]] pozwala na obserwację tego zjawiska dla [[Barwa biała|światła białego]].

== Praktyczne zastosowania interferencji ==
Zjawisko interferencji światła jest wykorzystane np. przez [[interferometr optyczny]]<ref>{{Encyklopedia PWN | tytuł = Interferencja światła | id = 3915084 | data dostępu = 2021-07-23 }}</ref>. Interferencja pozwala na bardzo precyzyjny pomiar zmian długości drogi od źródła do detektora fali. Światło lasera można rozszczepić za pomocą [[dzielnik wiązki|zwierciadła półprzepuszczalnego]] na dwie wiązki. Jedną z nich umieszcza się na mierzonym odcinku, a drugą wprowadza do detektora jako wiązkę odniesienia (referencyjną). W efekcie rejestrowane natężenie światła będzie rosnąć i maleć cyklicznie w miarę zwiększania długości odcinka. Długość fali może stać się wzorcem odległości, na przykład metra, co wykorzystano w [[interferometr laserowy|interferometrze laserowym]].

Prace nad [[3G|telefonią komórkową trzeciej generacji]] ([[Universal Mobile Telecommunications System|UMTS]]) doprowadziły do powstania nowej anteny, zwanej [[antena adaptacyjną]], opierającej swoją zasadę działania na interferencji fal. Antena ta zamiast jednego nadajnika ma kilka nadajników w pewnej odległości od siebie, a układ zasilający może zasilać je sygnałem o zmiennym przesunięciu fazowym. Układ anteny dobiera tak przesunięcie fazowe, by zwiększyć moc promieniowania w kierunku ruchomego odbiorcy. 

Jeżeli uda się zbudować układ generujący fale dźwiękowe w [[przeciwfaza|przeciwfazie]] do hałasu wytwarzanego przez jakieś urządzenie, nastąpi całkowite jego wyciszenie. Zasadę taką wykorzystuje się w [[aktywne tłumienie hałasu|aktywnym tłumieniu hałasu]].

== Interferencja fal o złożonych kształtach ==
W akustyce oraz analizie sygnałów obserwuje się fale o bardzo złożonej strukturze. Dźwięki słyszane przez człowieka powstają na skutek interferencji fal w szerokim zakresie częstotliwości i amplitud obserwowanych jako zmiany [[Natężenie przepływu|natężenia przepływających]] mas powietrza (zmiany ciśnienia). Jednak zarówno ludzki mózg, jak i nowoczesne [[procesor sygnałowy|procesory sygnałowe]] są w stanie dokonać analizy takiej fali.

Rozkład fali na elementy składowe opiera się na założeniu, że wszystkie interferujące fale da się zapisać jako sumę fal sinusoidalnych. Przekształcenie to nazywa się [[Transformacja Fouriera|transformacją Fouriera]]. Po przetworzeniu sygnału na postać cyfrową możliwe jest obliczenie transformaty za pomocą jej dyskretnej wersji ([[dyskretna transformata Fouriera]]), a dzięki wykorzystaniu pewnych zależności matematycznych można wykonać to w stosunkowo krótkim czasie ([[szybka transformacja Fouriera]]). Umożliwia to jej implementację w sprzęcie elektronicznym (proste [[Analizator widma|analizatory widma]] w sprzęcie grającym). Analiza interferencji fal pozwala na lepsze zrozumienie istoty dźwięku, co zaowocowało między innymi opracowaniem formatu [[MP3]].

== Zobacz też ==
{{commonscat|Interference}}
{{wikisłownik|interferencja}}
* [[dudnienie]]
* [[dyfrakcja]]
* [[interferometr]]
* [[superpozycja]]

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Linki zewnętrzne ==
* {{otwarty dostęp}} Marcin Braun, ''[http://www.deltami.edu.pl/2021a/09/2021-09-delta-art-07-braun.pdf Coraz bliżej kota]'', pismo „[[Delta (miesięcznik)|Delta]]”, wrzesień 2021 [dostęp 2021-09-03] – artykuł o kwantowej interferencji pojedynczych ciał.

{{Mechanika kwantowa}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Ruch drgający i falowy]]
[[Kategoria:Zjawiska optyczne]]