Symulacja interaktywna
Interferencja fal
Zapoznaj się z symulacją, która składa się z dwóch części. Pierwsza przedstawia sytuację 2D, przy czym fale rozchodzą się z jednego punktu i można sterować różnicą ich faz.
Druga, 3D, pozwala rozdzielać źródła wzdłuż osi OY oraz zmieniać fazę (dla D=5 i yIndeks dolny 00=0 następuje wygaszenie fali przestrzennej).

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Pierwsza symulacja przedstawia w formie dwuwymiarowej interferencję fal harmonicznych pochodzących z dwóch jednakowych punktowych źródeł. Zaobserwuj, kiedy fale się wygaszają, a kiedy widoczne są ich wzmocnienia. Zapisz swoje wnioski.
Druga symulacja przedstawia takie samo zjawisko jak część pierwsza, ale w formie trójwymiarowej. Teraz maksima fali mają kolor biały, minima mają kolor ciemnobrązowy, zaś obszary, w których nie ma żadnego wychylenia z położenia równowagi mają kolor jasnobrązowy. Przyjrzyj się rozchodzeniu się wypadkowej fali powstałej z interferencji dwóch źródeł punktowych.
Fale mechaniczne to rozchodzące się w ośrodku zaburzenia. Dźwięk, na przykład, to zaburzenia gęstości (ciśnienia) rozchodzące się w powietrzu - choć warto podkreślić, że fala dźwiękowa może rozchodzić się również w innych ośrodkach. Jeżeli fale w danym ośrodku wytwarzane są przez więcej niż jedno źródło, wówczas dochodzi do ich interferencji - fale nakładają się na siebie i wynikowa fala odbierana przez obserwatora jest sumą wszystkich fal rozchodzących się w ośrodku. Zademonstrujmy to na kilku przykładach.
Na zamieszczonym dalej materiale dźwiękowym słychać falę sinusoidalną o częstotliwości 100 Hz, wytworzoną przez pojedyncze źródło:
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj ścieżki dźwiękowej emitowanej przez pojedyncze źródło.
Nagranie to, podobnie jak pozostałe nagrania zamieszczone w tym rozdziale, zostało przygotowane w taki sposób, że amplituda sygnału dźwiękowego w danej chwili odpowiada amplitudzie fali odbieranej przez obserwatora w tej samej chwili. Jest to więc dźwiękowa, monofoniczna reprezentacja fali - wartości zaburzenia - w punkcie, w którym znajduje się obserwator.
Jeżeli umieścimy blisko siebie dwa takie same źródła, wówczas wynikowa fala będzie brzmieć w następujący sposób:
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj ścieżki dźwiękowej emitowanej przez dwa takie same źródła umieszczone blisko siebie.
Jeżeli natomiast rozsuniemy źródła na odległość zbliżoną do połowy długości fali i założymy, że obserwator znajduje się na prostej łączącej oba źródła, wówczas uzyskamy następujący dźwięk:
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj ścieżki dźwiękowej emitowanej przez dwa takie same źródła rozsunięte na odległość zbliżoną do połowy długości fali.
Porównaj ze sobą trzy przedstawione wcześniej materiały dźwiękowe. Czym różnią się zawarte na nich nagrania fal i dlaczego?
Przykłady te dotyczą, efektywnie rzecz biorąc, przypadku jednowymiarowego. Jeżeli fale rozchodzą się w przestrzeni o większej liczbie wymiarów, wówczas możemy mieć do czynienia z bardzo złożonymi wzorami interferencyjnymi. Przeprowadźmy jeszcze jeden eksperyment, tym razem w dwóch wymiarach. W niedużej odległości od siebie - mniejszej od długości fali - umieszczamy dwa punktowe źródła. Naprzeciwko jednego ze źródeł umieszczamy również obserwatora, który zaczyna poruszać się równolegle do linii łączącej źródła. Obserwator kończy swój ruch w momencie, w którym znajdzie się bezpośrednio przed drugim źródłem. Każde ze źródeł wytwarza falę o częstotliwości 150 Hz. Dźwięk odpowiadający odbieranej przez obserwatora superpozycji tych fal zamieszczony jest na kolejnym materiale dźwiękowym - przy czym na początku tego materiału obserwator, zgodnie z opisem, znajduje się przed pierwszym źródłem i natychmiast zaczyna swój ruch, a na końcu materiału obserwator zatrzymuje się przed drugim źródłem.
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj emitowanego dźwięku.
Jak zmienia się dźwięk na tym materiale i jak można to wyjaśnić?
Jeżeli rozsuniemy bardziej źródła od siebie, to możemy uzyskać ciekawszy dźwięk. Przed jego zamieszczeniem przeprowadźmy jednak dwa pomocnicze eksperymenty. Rozsuńmy bardziej źródła i wyłączmy jedno z nich - to, przed którym na samym początku umieszczony jest obserwator. Na kolejnym materiale słychać falę pochodzącą tylko od źródła, w kierunku którego obserwator się porusza:
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj emitowanego dźwięku.
Dźwięk ten brzmi jak zwykła fala sinusoidalna. A co w takim razie się zmieni, jeżeli wyłączymy drugie źródło i do obserwatora będzie dochodziła tylko fala pochodząca od źródła, od którego się on oddala?
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj emitowanego dźwięku.
Również jest to zwykła fala sinusoidalna. Jeżeli jednak włączymy oba źródła i obserwator będzie odbierał superpozycję obu fal, wówczas uzyskamy następujący dźwięk:
Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DwQsCdpBc
Wysłuchaj emitowanego dźwięku.
Istnieją więc punkty w przestrzeni, w których fale pochodzące od obu źródeł dzięki interferencji wzmacniają się lub osłabiają. Ujmując to trochę inaczej, natężenie superpozycji kilku fal w danym miejscu - przy czym szczegóły definicji tego natężenia nie są tu na razie istotne - nie jest sumą natężeń poszczególnych fal.