Giao thoa và nhiễu xạ là những khái niệm có liên quan chặt chẽ với nhau, tuy nhiên, về bản chất chúng là hai loại sóng khác nhau bắt nguồn từ các nguồn khác nhau. Khi hai sóng từ các điểm gốc khác nhau gặp nhau, hai bước sóng riêng biệt sẽ kết hợp để tạo thành một sóng. Đây được gọi là sóng giao thoa.
Khi một làn sóng đến một khe hở hoặc chướng ngại vật, nó sẽ ảnh hưởng đến hướng mà sóng truyền đi và sóng tạo thành được gọi là sóng nhiễu xạ. Điều quan trọng cần lưu ý là sóng giao thoa chỉ thực sự tạo ra khi có một hoặc hai nguồn sóng, khi có từ ba nguồn sóng trở lên, kết quả hầu như luôn luôn là sóng nhiễu xạ.
Nhiễu so với nhiễu xạ
Các sự khác biệt giữa Giao thoa và Nhiễu xạ là sự xuất hiện của sóng của họ. Giao thoa xảy ra khi sóng ánh sáng kết hợp qua hai điểm xuất phát khác nhau. Trong khi nhiễu xạ xuất hiện do sự chồng chất của các bước sóng phụ. Cường độ của các mép giao thoa luôn bằng nhau. Và ngược lại, nhiễu xạ có các vân lẻ.
Bảng so sánh giữa nhiễu và nhiễu xạ (ở dạng bảng)
| Tham số so sánh | Sự can thiệp | Nhiễu xạ |
|---|---|---|
| Số điểm nguồn | Hai điểm khác biệt | Ba hoặc nhiều hơn |
| Cường độ của đỉnh sóng | Tất cả các ứng dụng như nhau | Đa dạng |
| Chiều rộng của rìa | Bình đẳng | Không bằng nhau |
| Cường độ của máng sóng | Hoàn toàn không có gì | Không xác định và đa dạng |
| Sóng chính hoặc sóng phụ | Luôn từ nguồn chính | Đã sửa đổi từ làn sóng chính |
Giao thoa là gì?
Giao thoa xảy ra khi hai sóng phát ra từ hai điểm phân biệt tương tác với nhau và kết hợp để tạo ra một dạng sóng khác hoàn toàn.
Hai sóng có đỉnh và đáy thẳng hàng một cách hoàn hảo được cho là "cùng pha" và biên độ của các sóng chỉ đơn giản là được cộng lại với nhau để tạo ra dạng sóng kết quả.
Khi các đỉnh của hai sóng được cộng lại với nhau, điều này được gọi là giao thoa xây dựng và biên độ của dạng sóng thu được sẽ là tổng biên độ của các đỉnh của sóng ban đầu.
Khi các sóng không đồng bộ và các đỉnh và đáy chồng lên nhau, chúng được cho là "lệch pha".
Nếu các sóng hoàn toàn không đồng bộ, tức là cách xa nhau một trăm tám mươi độ và biên độ của đỉnh và đáy của các sóng đối diện bằng nhau, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau trong cái gọi là giao thoa hủy diệt.
Nếu bạn nghĩ đến điều này trong bối cảnh bạn đang cố gắng di chuyển một món đồ nội thất lớn.
Nếu hai người đẩy từ cùng một đầu, đây là sự giao thoa mang tính xây dựng vì nó sẽ tạo ra nhiều lực hơn một người, tuy nhiên, nếu hai người cùng đẩy từ hai đầu đối diện, đồ đạc sẽ vẫn đứng yên, giống như không có sóng biên độ với giao thoa triệt tiêu.
Đối với sóng ánh sáng, cũng cần lưu ý rằng sóng giao thoa sẽ hiển thị độ rộng nhất quán và bằng nhau giữa vùng sáng và vùng tối khi được chiếu lên màn hình.
Sự nhiễu xạ là gì?
Trong vật lý, nhiễu xạ là khi sóng uốn cong xung quanh các chướng ngại vật nhỏ, chẳng hạn như sóng âm thanh truyền xung quanh một góc, hoặc khi sóng lan ra sau khi đi qua một lỗ nhỏ.
Các dạng sóng thứ cấp tạo ra sau khi đi qua / đi qua chướng ngại vật sẽ khác với dạng ban đầu, có khả năng có nhiều pha và biên độ khác nhau và đa dạng.
Sự nhiễu xạ chỉ xảy ra ở mức đáng kể khi kích thước của khe hở có thể so sánh với kích thước của bước sóng và cho rằng hầu hết các bước sóng đều rất nhỏ, khe hở càng nhỏ thì nhiễu xạ càng rõ ràng.
Để hình dung điều này, hãy tưởng tượng những đợt sóng từ đại dương tràn vào bờ vào một khe đá hẹp. Sau đó, hãy so sánh điều đó với những làn sóng tràn vào miệng hoặc một bến thuyền.
Trong ví dụ về sóng đi qua một khe hở hẹp, bạn sẽ thấy dạng sóng tròn thổi vào vùng nước ở phía bên kia của khe hở, một hình dạng khác với dạng sóng phẳng ban đầu đi vào khe hở.
Điều này có thể được so sánh với một bến du thuyền, nơi chúng ta có thể có các khối nước lớn hơn di chuyển từ đại dương vào bến du thuyền, nhưng kích thước của lỗ mở có nghĩa là nước bên trong bến du thuyền hầu như không bị xáo trộn bởi các sóng nhiễu xạ.
Sóng nhiễu xạ không xảy ra khi các hạt đi qua các khe hoặc xung quanh một vật thể, thay vào đó, chúng tiếp tục trên quỹ đạo ban đầu của chúng, không thay đổi bởi hoàn cảnh bên ngoài.
Sóng nhiễu xạ cũng có nhiều cường độ đỉnh khác nhau, do nhiều dạng sóng khác nhau tương tác, cũng như nhiều điểm nguồn (lớn hơn ba), cần phải có mặt để tạo ra sóng nhiễu xạ.
Một hiện tượng thú vị là nếu một sóng nhiễu xạ đi qua hai khoảng trống riêng biệt, chúng ta sẽ thấy một hình giao thoa ở phía bên kia, vì hai khoảng trống đóng vai trò như hai điểm nguồn mới.
Sự khác biệt chính giữa nhiễu và nhiễu xạ
- Sóng giao thoa sẽ phát sinh từ hai điểm nguồn riêng biệt kết hợp với nhau, trong khi sóng nhiễu xạ xuất phát từ ba hoặc nhiều hơn.
- Các cường độ của đỉnh sóng giao thoa là đồng nhất và bằng nhau, tuy nhiên, cường độ của sóng nhiễu xạ là khác nhau và không bằng nhau, do chúng là tổng của nhiều sóng khác nhau.
- Trong sóng giao thoa, chiều rộng rìa cũng sẽ bằng nhau, trong khi với sóng nhiễu xạ, chúng ta có thể thấy chiều rộng rìa không nhất quán.
- Điểm đáy của sóng giao thoa sẽ luôn bằng 0, trong khi đáy của sóng nhiễu xạ có thể là một số khả năng bất kỳ do nhiều sóng kết hợp.
- Sóng giao thoa cũng xuất phát từ một nguồn hoặc nguyên nhân chính của sóng, chẳng hạn như một tảng đá ném vào một vũng nước, trong khi sóng nhiễu xạ là sóng thứ cấp sau khi sóng sơ cấp đi qua một khe hở hoặc bởi một vật thể.
Sự kết luận
Sự khác biệt chính giữa hai loại sóng là cách chúng được hình thành. Sóng giao thoa có nguồn gốc từ nguồn sóng ban đầu, trong khi sóng nhiễu xạ là sóng thứ cấp xuất hiện khi sóng tương tác với vật cản.
Khi quan sát các sóng giao thoa và nhiễu xạ tương tác với nhau, chúng ta có một công cụ để có thể hiểu sâu hơn các quy luật của vũ trụ, bao gồm cả trong vật lý lượng tử với thí nghiệm khe kép.
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.74.3600
- https://cds.cern.ch/record/396122/files/0521642221_TOC.pdf
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999OptEn..38.1051D/abstract
