5.6 - Interferens Gelombang

Superposisi dan Sumber Koheren

Prinsip superposisi menyatakan bahawa apabila dua gelombang bersuperposisi, sesaran paduan ialah hasil tambah sesaran individunya:

y = y_{1} + y_{2}

Interferens ialah superposisi dua atau lebih gelombang daripada sumber koheren.
Dua sumber adalah koheren apabila gelombangnya mempunyai frekuensi sama dan beza fasa tetap.
Selepas bersuperposisi, profil gelombang individu terus merambat.

Jenis	Superposisi gelombang beramplitud sama
Interferens membina	Puncak dengan puncak memberikan $A + A = 2 A$ ; lembangan dengan lembangan memberikan $(- A) + (- A) = - 2 A$ . Amplitud paduan lebih besar.
Interferens memusnah	Puncak dengan lembangan memberikan $A + (- A) = 0$ . Sesaran sama besar dan bertentangan saling membatalkan.

Gelombang air: dua penggetar sfera yang dipacu oleh penjana gelombang sama menghasilkan gelombang membulat yang koheren. Interferens membina menghasilkan kawasan jalur cerah dan gelap berselang-seli; interferens memusnah menghasilkan kawasan kelabu seragam.
Gelombang cahaya: cahaya laser yang dibelau melalui dwicelah menghasilkan dua gelombang koheren. Superposisinya menghasilkan pinggir cerah melalui interferens membina dan pinggir gelap melalui interferens memusnah secara berselang-seli.
Eksperimen dwicelah Young menunjukkan sifat gelombang bagi cahaya.
Gelombang bunyi: dua pembesar suara serupa yang disambung kepada penjana isyarat audio sama menghasilkan gelombang koheren. Interferens membina menghasilkan bunyi kuat; interferens memusnah menghasilkan bunyi perlahan. Mikrofon dan osiloskop sinar katod menunjukkan perubahan amplitud isyarat yang sepadan.
Dalam susunan bunyi yang ditunjukkan, pembesar suara pada awalnya berjarak $1.0 m$ dan dipacu pada $1000 Hz$ . Mikrofon bergerak sepanjang garis yang berjarak $0.6 m$ daripadanya; perubahan pemisahan pembesar suara kepada $0.5 m$ mengubah corak interferens.

Antinod ialah titik interferens membina; nod ialah titik interferens memusnah.
Persilangan puncak–puncak dan lembangan–lembangan menentukan antinod; persilangan puncak–lembangan menentukan nod.
Sambungan antinod berturutan membentuk garis antinod; sambungan nod berturutan membentuk garis nod.
Corak interferens mempunyai garis nod dan garis antinod berselang-seli.

Simbol	Maksud
$λ$	Panjang gelombang.
$a$	Jarak pemisahan dua sumber koheren atau celah.
$x$	Jarak antara dua garis antinod atau dua garis nod bersebelahan; bagi cahaya, antara dua pinggir cerah atau dua pinggir gelap bersebelahan.
$D$	Jarak tegak dari sumber ke kedudukan pengukuran $x$ ; bagi cahaya, jarak dwicelah ke skrin.

x = \frac{λ D}{a}, λ = \frac{a x}{D}

Dengan kuantiti lain tetap, pertambahan $a$ mengurangkan $x$ ; pertambahan $λ$ atau $D$ menambahkan $x$ .
Jarak pemisahan garis bertambah pada kedudukan yang semakin jauh daripada sumber.
Bagi dwicelah dengan $a = 0.4 mm$ , $x = 4.5 mm$ dan $D = 3.0 m$ :

λ = \frac{( 0.4 \times 1 0 ^{- 3} ) ( 4.5 \times 1 0 ^{- 3} )}{3.0} = 6.0 \times 1 0^{- 7} m

Luan bebuli kapal: menghasilkan gelombang air yang berinterferens secara memusnah dengan gelombang sekitar haluan kapal, menjadikan air lebih tenang dan mengurangkan seretan air.
Salutan anti-pantulan pada kanta: cahaya terpantul berinterferens secara memusnah, menjelaskan penglihatan dan mengurangkan imej pantulan pada kanta cermin mata.
Fon kepala di kapal terbang: sistem mikrofon dan pemancar menghasilkan gelombang bunyi yang berinterferens secara memusnah dengan bunyi hingar sekeliling.