Interferens

Grundbeskrivelse

To - eller flere - bølger kan uden videre passere gennem hinanden. Det er velkendt, at forskellige lyde kan udbrede sig samtidigt i samme område i luften.

Konstruktiv interferens. Den grønne og den røde bølge er i fase, så de forstærker hinanden. Den blå bølge er summen af dem og har dobbelt så stor apmplitude (Michael Quaade).

Udsvinget på et givet sted til et givet tidspunkt er summen af udsvingene fra de bølger, der passerer forbi. Det betyder, at selv om de enkelte bølger udbreder sig uafhængigt af hinanden, kan de i fællesskab danne interessante fænomener. Det kaldes under ét for interferens.

Konstruktiv interferens opstår, når to - eller flere - bølger forstærker hinanden. Her danner summen af udsvingene et samlet udsving, der er større end de enkelte bølger hver for sig. Det kan ske, når to bølger følges ad bølgetop ved bølgetop - når de er i fase. Hvis deres amplituder - det maksimale udsving er lige store bliver resultatat en bølge med samme bølgelængde og frekvens, men med en dobbelt så stor amplitude.

Destruktiv interferens. Den røde og den grønne bølge er i modfase, så de ophæver hinanden som vist med den blå linie. (Michael Quaade)

Bølger kan også modvirke hinanden. Det kaldes destruktiv interferens. Når to bølger følges ad, men er forskudt en halv bølgelængde i forhold til hinanden vil den enes bølgetop være ud for den andens bølgedal - de er i modfase.

Hvis de også her har samme amplitude, vil deres udsving hele tiden være lige store, men i modsatte retninger. Resultatat bliver, at de udslukker hinanden helt - deres udsving udligner hinanden, så summen bliver nul.

Uddybende beskrivelse

Mange bølgefænomener opstår som følge af interferens mellem et antal ringbølger. To ens ringbølger fra hver sin kilde danner et karakteristisk interferensmønster.  Bølgerne skal være ens i den forstand, at de har samme frekvens og kildernes udsving følges ad - de er i fase.  Da de udbreder sig i det samme medium, vil de også have samme bølgelængde og hastighed.

Interferens mellem to ringbølger. De mørke og lyse partier markerer maksimalt udsving i  henholdsvis negativ og positiv retning. De retninger, hvor farven er jævnt blå er der destruktiv interferens. (Michael Quaade)

Der vil være konstruktiv interferens, hvor bølgerne forstærker hinanden i retningen vinkelret på forbindelseslinien mellem de to kilder. Her er der lige langt til de to kilder, så bølgerne vil være i fase.

Omvendt opstår der destruktiv interferens de steder, hvor forskellen i afstand til kilderne netop er en halv bølgelængde.  Her vil en bølgetop fra den ene kilde ankomme samtidigt med en bølgedal fra den anden. Det betyder, at der er retninger, hvor bølgerne fra de to kilder udligner hinanden, så der ikke ses noget udsving.

Afstanden mellem kilderne i forhold til bølgelængden spiller en rolle for interferensmønstrets udseende. Hvis de to kilder er tæt sammen - med en afstand, der er meget mindre end bølgelængden - vil de virke som én kilde og frembringe en enkelt ringbølge. Hvis kilderne er langt fra hinanden - meget længere end bølgelængden - kommer der ikke noget tydeligt interferensmønster.

De interessante tilfælde er der, hvor afstanden mellem kilderne er nogle få gange bølgelængden. Her vil de to bølger også være i fase i visse andre retninger, nemlig der, hvor forskellen i afstand til de to kilder er netop et helt antal bølgelængder. Her vil der være konstruktiv interferens mellem de to bølger, så de forstærker hinanden og resulterer i en krafig bølge i de retninger.

På samme måde vil der være retninger, hvor bølgerne er i modfase. Det er de steder, hvor forskellen i afstanden til kilderne er et ulige antal halve bølgelængder - eller med andre ord de steder, hvor den fjerneste kilde er f.eks. ½, 1½ eller 2½ bølgelænde længere væk end den nærmeste.  De steder vil den ene bølges bølgetop passere samtidigt med den anden bølges bølgedal, så der er destruktiv interferens og bølgerne udligner hinanden.

Hvis afstanden mellem de to kilder er mindre end bølgelængden, vil der ikke være steder, der er en hel bølgelængde nærmere ved den ene kilde end den anden. Derfor kommer der ikke konstruktiv interferens i andre retninger end lige frem, vinkelret på linien mellem kilderne.

Der kan naturligvis også være flere end to kilder. Hvis kilderne er på linie med samme afstand og naturligvis svinger i fase, vil resultatet blive et skarpere og mere tydeligt interferensmønster.

Er der mange ens kilder tæt sammen, vil de optræde som en linjeformet kilde. Her er kilderne så tæt sammen, at der kun kommer konstruktiv interferns i retningen vinkelret på linjen. Resultatet bliver, at de mange ringbølger tilsammen danner en bølgefront, der udbreder sig på tværs af kilden.

Omvendt kan ethvert punkt på en bølgefront opfattes som udgangspunkt for en ringbølge (det kaldes Huygens princip). Et eksempel er en serie bølger på havet, der falder ind mod en lang lige mole med et hul, der er mindre end bølgelængden. I havnebassinet bag molen vil man kunne se en ringbølge, der udbreder sig fra hullet.

Michael Quaade