Hiện tượng giao thoa

Trong vật lý, giao thoa xảy ra khi hai hoặc nhiều sóng chồng lên nhau, tạo ra một sóng mới. Đây là một đặc điểm quan trọng của sóng. Giao thoa thường liên quan đến sự tương tác giữa các sóng, có thể là từ cùng một nguồn hoặc có tần số giống nhau hoặc gần nhau.

Các nguyên lý cơ bản của giao thoa

Giao thoa sóng thực chất là kết quả của việc cộng gộp các dao động sóng. Tại những điểm giao nhau của các sóng, dao động tổng hợp là tổng của các dao động từ từng sóng riêng biệt, được gọi là tổng của các véctơ sóng. Sự cộng gộp này tạo ra các điểm trong không gian với dao động gia tăng (khi các sóng đồng pha) hoặc bị triệt tiêu (khi các sóng có pha ngược nhau) tùy theo sự khác biệt pha giữa các sóng. Hình ảnh giao thoa này, khác biệt với hình ảnh của từng sóng, tạo ra từ các điểm giao thoa gia tăng hoặc triệt tiêu. Khi sóng kết hợp, hình ảnh giao thoa sẽ ổn định và phụ thuộc vào độ lệch pha giữa các sóng, mô tả bởi nguyên lý Huyghens.

Mẫu giao thoa

Lần đầu tiên, hình ảnh giao thoa của sóng được ghi nhận trong thí nghiệm của nhà vật lý Thomas Young (1773 - 1829) vào năm 1803. Trong thí nghiệm này, ánh sáng đi qua hai khe hẹp tạo ra các vân sáng tối xen kẽ, chứng minh tính chất sóng của ánh sáng. Thí nghiệm đã được áp dụng cho sóng điện tử và cũng thu được kết quả tương tự, củng cố thêm bằng chứng về tính chất sóng của các vi hạt.

Hình ảnh giao thoa ánh sáng qua hai khe

Đây là hình ảnh từ thí nghiệm của Young, cho thấy vân giao thoa trên màn hình đặt sau hai khe hẹp gần nhau. Hình ảnh giao thoa gồm các vân sáng tối song song, với các vạch sáng tương ứng với cực đại giao thoa (khi hai sóng cộng hưởng), là nơi đáp ứng điều kiện:

$d\sin <!--\; \; -->{\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}}_n=n\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}$

Các vân tối xuất hiện khi hai sóng triệt tiêu lẫn nhau và phải thỏa mãn điều kiện sau:

$d\sin <!--\; \; -->{\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}}_n=\left(n+\frac{1}{\mathrm{2\; <div\; class="min-w-[250px]\; max-w-[94vw]\; md:max-w-[770px]">\; <ins\; class="adsbygoogle"\; style="display:block;\; text-align:center;"\; data-ad-layout="in-article"\; data-ad-format="fluid"\; data-ad-client="ca-pub-9247024304160346"\; data-ad-slot="4115752014"></ins>\; </div>}}\right)\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}$

Khi áp dụng điều kiện góc nhỏ, công thức cho các vân sáng là:

$\frac{n\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}}{d}=\frac{x}{L}\iff <!--\; \iff \; -->n\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}=\frac{xd}{L},$

Các ký hiệu trong công thức bao gồm:

λ là bước sóng của ánh sáng,

d là khoảng cách giữa hai khe,

n là bậc giao thoa (với n = 0 cho vân sáng trung tâm),

x là khoảng cách từ vân sáng đến vân trung tâm,

L là khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát,

θn là góc của điểm khảo sát.

Hệ thống vân Newton

Đây là hình ảnh giao thoa tạo ra khi ánh sáng phản xạ trong một môi trường bị giới hạn bởi mặt phẳng và mặt cầu, cho ra các vân tròn đồng tâm. Bán kính của các vân này được tính theo công thức:

$r_N={\left[\left(N-<!--\; -\; -->\frac{1}{2}\right)\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}R\right]}^{1/2},$

Trong đó: N là bậc của vân giao thoa, R là bán kính của mặt cong, và λ là bước sóng của ánh sáng.

Giao thoa lượng tử tổng quát là hiện tượng các hạt cấu trúc tương tác trong quá trình giao thoa, tạo ra các bước sóng đặc biệt.

Các nguồn sóng kết hợp, sóng đồng pha

• Nguồn kết hợp: Hai nguồn được xem là kết hợp khi chúng có cùng phương, tần số, pha hoặc có sự chênh lệch pha không thay đổi theo thời gian.
• Thường thì hai nguồn kết hợp được ký hiệu là A và B hoặc S₁ và S₂. Trong trường hợp này, có thể sử dụng AB hoặc S₁S₂.
• Sóng kết hợp: Hai sóng kết hợp là hai sóng phát ra từ các nguồn kết hợp.

• Sóng
• Nguyên lý chồng chập
• Tần số
• Sóng kết hợp
• Hiện tượng giao thoa ánh sáng

Tài liệu tham khảo

• Hành vi của sóng
• Thí nghiệm của Thomas Young
• Vòng Newton