相消干涉

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簡介

僅僅一個波形不足以定義自然界中所有型別的現象。在特定時間，一對光波以及聲波被發現會發生干涉。在彼此穿過時，會產生一個波前。

什麼是干涉？

在物理學中，干涉是兩個或多個波組合的淨效應。兩個或多個波常常被發現會在彼此之間發生交叉。每個單獨的波都具有唯一的振幅值（Arjunan，2019）。這個值受干涉的變化和頻率的影響。

圖 1：相位差：δ = π/2

如上圖所示，相位差的值為“δ = π/2”。這個值等於 90 度。兩條細線相對於結果波進行干涉，結果波以紅色線條表示。紅色線條的值等於另外兩條線的和。兩個單獨波的節點顯示在 X 軸和 Y 軸上，這個值等於 0。

圖 2：相位差：δ = π

如上所示，相位差為“δ = π”。兩條細線也在位於 X 軸的一個點上發生干涉。中間的紅色線條是另外兩個不同波的結果波。

干涉型別

主要有兩種型別的波干涉，即相長干涉和相消干涉。

• 相長干涉：這種型別的干涉發生在兩個不同的波被發現具有位移並且波的方向在同一點上時（Dittel et al. 2018）。相同的頻率及其波包含在這個過程中。等效的振幅疊加值也與此相關。其強度的總和在很大程度上取決於這些因素。

• 相消干涉：在單一介質中，兩個或多個波在某一點上傳播，結果，此波函式的總值為代數總和（Dittel et al. 2018）。結果波的強度通常被發現具有較大的值。該值可能具有非常小的量。相消干涉的性質取決於這些變化。

  

圖 3：兩種型別的干涉

什麼是相消干涉？

當兩個以上波的最大值被發現處於 180 度時，就會發生相消干涉。正位移負責抵消負位移。結果，振幅值變為零。

圖 4：由雙縫干涉產生的交替明暗條紋

在光波干涉的情況下，楊氏雙縫實驗非常重要。根據該實驗，暗線帶與亮線帶相關聯（Miao et al. 2018）。特定的暗區負責並且發生在波彼此相消干涉時。

圖 5：波形成相消干涉

在上圖中，A 和 B 是兩個不同的波。這兩個波都具有相似的頻率。在透過介質傳播時，這些波的值會發生干涉。這些波的方向也在同一點上。兩個或多個形式被發現以不同的頻率在不同的介質中傳播。結果波的值彼此不同。每個波的強度總和也是影響相消干涉整體性質的一個重要因素（Li & Masouros，2018）。結果波的疊加有時可以忽略不計，從而導致相消干涉。

相消干涉方程

• 可以表示兩個不同波之間相位差值的方程表示為

$$\mathrm{(2n-1)\pi }$$

• 用於表示用於表示兩個不同波的值的兩個單獨路徑之間的差別的方程，以下公式很重要。

$$\mathrm{\Delta = (2n- 1)\lambda /2}$$

• 兩個不同波之間傳播的時間值對於理解奇數倍數很重要。這用 T/2 表示，公式如下。

$$\mathrm{\theta = (2n-1)T/2}$$

相消干涉的例子

一個重要的相消干涉示例是引力波。這些型別的波在某個時間彼此干涉，從而產生相消干涉。光束也是相消干涉的另一個重要示例（Zhang et al. 2020）。無線電波和運動電子也體現了相消干涉的原理。

結論

當兩個或多個波透過靠近而發生干涉時，每個單獨的影響都會加在一起。波的最高部分是波峰的一部分，有助於產生原始波峰的高度。相長干涉與相消干涉性質相反，具有重要作用。在相長干涉中，兩個波碰撞並排列成一個新的波。這個波比原來的波更大。

常見問題

Q1. 什麼是疊加原理？

答：疊加基於一個原理，該原理陳述了兩個或多個波透過介質的情況。結果波的函式本質上是代數的，其值等於各個波函式的總和。

Q2. 無線電波和電子如何與相消干涉內在關聯？

答：運動電子可以很容易地發生相消干涉。不僅如此，電子還具有遵循相消干涉原理的能力。

Q3. 現實生活中最重要的相消干涉示例是什麼？

答：在現實生活中，汽車消聲器的現代電子元件就是一個很好的例子。由於相消干涉，聲音被發現以相消的方式干涉。

Q4. 波的振幅值是多少？

答：結果波的振幅值為零。這是相消干涉概念的重要組成部分。