कभी-कभी जब एक लहर एक माध्यम से यात्रा करती है, तो वह दूसरी लहर का सामना करती है, उसी माध्यम से यात्रा भी करती है। क्या होता है जब ये लहरें टकराती हैं? यह पता चला है कि लहरें अपेक्षाकृत सहज, आसानी से गणना करने वाले तरीके से संयोजित होती हैं। इतना ही नहीं, बल्कि बहुत सारे उपयोगी अनुप्रयोग भी हैंतरंग हस्तक्षेपदोनों प्रयोगशाला में और रोजमर्रा की जिंदगी में।
लहरों का मेल
यह जानने के लिए कि तरंगों का संयोजन किसी दिए गए समय में माध्यम में दिए गए बिंदु पर क्या करेगा, आप बस वह जोड़ दें जो वे स्वतंत्र रूप से कर रहे होंगे। इसे कहा जाता हैसुपरपोजिशन का सिद्धांत.
उदाहरण के लिए, यदि आप एक ही ग्राफ पर दो तरंगों को प्लॉट करना चाहते हैं, तो आप परिणामी तरंग को निर्धारित करने के लिए प्रत्येक बिंदु पर उनके अलग-अलग आयाम जोड़ देंगे। कभी-कभी परिणामी आयाम में उस बिंदु पर एक बड़ा संयुक्त परिमाण होगा, और कभी-कभी तरंगों के प्रभाव आंशिक रूप से या पूरी तरह से एक दूसरे को रद्द कर देंगे।
कल्पना कीजिए कि अगर हमारे पास तरंग A दाईं ओर यात्रा कर रही है और तरंग B बाईं ओर यात्रा कर रही है। यदि हम अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु को देखें जहां तरंग A में 2 इकाइयों का उर्ध्व विस्थापन था, जबकि तरंग B का था 1 इकाई का नीचे की ओर विस्थापन, परिणामी तरंग में 1 इकाई का ऊर्ध्व विस्थापन होगा: 2 - 1 = 1.
निर्माणकारी हस्ताछेप
मेंनिर्माणकारी हस्ताछेप, दोनों तरंगों के लिए माध्यम का विस्थापन एक ही दिशा में होना चाहिए। वे व्यक्तिगत रूप से किसी भी तरंग की तुलना में अधिक आयाम वाली एकल तरंग बनाने के लिए एक साथ जुड़ते हैं। पूर्ण रचनात्मक हस्तक्षेप के लिए, लहरें चरण में होनी चाहिए - जिसका अर्थ है कि उनकी चोटियाँ और घाटियाँ पूरी तरह से पंक्तिबद्ध हैं - और उनकी अवधि समान है।
घातक हस्तक्षेप
के लियेघातक हस्तक्षेप, एक तरंग के लिए माध्यम का विस्थापन दूसरी तरंग के विपरीत दिशा में होता है। परिणामी तरंग का आयाम बड़े आयाम वाली तरंग की तुलना में कम होगा।
पूर्ण विनाशकारी हस्तक्षेप के लिए, जहां तरंगें एक दूसरे को शून्य आयाम बनाने के लिए रद्द कर देती हैं, तरंगें होनी चाहिए बिल्कुल चरण से बाहर - जिसका अर्थ है कि एक रेखा का शिखर दूसरे की घाटी के साथ पूरी तरह से ऊपर है - और एक ही अवधि हैतथाआयाम। (यदि आयाम समान नहीं हैं, तो तरंगें बिल्कुल शून्य पर रद्द नहीं होंगी।)
ध्यान दें कि विनाशकारी हस्तक्षेप लहर को नहीं रोकता है; यह बस उस विशेष स्थान पर अपना आयाम शून्य कर देता है। हस्तक्षेप तब होता है जब तरंगें एक दूसरे से होकर गुजरती हैं - एक बार जब तरंगें आपस में बातचीत नहीं कर रही होती हैं, तो वे अपने मूल आयामों में वापस चली जाती हैं।
परावर्तक तरंगें
लहरें सतहों और निश्चित बिंदुओं से परावर्तित हो सकती हैं, जहां भी वे माध्यम से यात्रा कर रहे हैं, एक अलग माध्यम में परिवर्तन के माध्यम से।
यदि एक तरफ एक स्ट्रिंग तय की जाती है, तो स्ट्रिंग के साथ यात्रा करने वाली कोई भी लहर जो उस निश्चित बिंदु से टकराती है, वह "उल्टा" या मूल लहर के विपरीत संस्करण के रूप में दिखाई देगी। यदि एक तरफ एक स्ट्रिंग मुक्त है, तो स्ट्रिंग के साथ यात्रा करने वाली कोई भी लहर जो अंत में हिट करती है, वह दाईं ओर से ऊपर की ओर दिखाई देगी। यदि एक स्ट्रिंग एक अलग घनत्व के दूसरे तार से बंधी है, जब एक लहर हिट करती है तो उसका कनेक्शन हिस्सा प्रतिबिंबित होगा (जैसे कि स्ट्रिंग का अंत तय किया गया था) और इसका हिस्सा जारी रहेगा।
जब पानी या हवा में कोई लहर किसी सतह से टकराती है, तो वह उस सतह से उसी कोण से परावर्तित होगी जिस कोण से वह टकराई थी। इसे घटना कोण कहते हैं।
परावर्तित तरंगें अक्सर स्वयं के साथ हस्तक्षेप कर सकती हैं, जो विशेष परिस्थितियों में, एक विशेष प्रकार की लहर का निर्माण कर सकती हैं जिसे स्थायी लहर के रूप में जाना जाता है।
खड़ी तरंगें
एक या दोनों सिरों के साथ एक स्ट्रिंग की कल्पना करें। इस स्ट्रिंग पर यात्रा करने वाली एक लहर जो एक निश्चित छोर से टकराती है, उस छोर से परावर्तित होती है, विपरीत दिशा में यात्रा करती है, और इसे बनाने वाली मूल लहर में हस्तक्षेप करती है।
यह हस्तक्षेप आवश्यक रूप से पूरी तरह से रचनात्मक या विनाशकारी नहीं है जब तक कि स्ट्रिंग की लंबाई तरंग की तरंग दैर्ध्य के आधे से अधिक न हो।
[मौलिक/हार्मोनिक स्थायी आवृत्तियों की छवि]
यह एक स्थायी तरंग पैटर्न बनाता है: जावक मूल तरंगें परावर्तित तरंगों के साथ हस्तक्षेप करती हैं क्योंकि वे विपरीत दिशाओं में चलती हैं। विपरीत दिशाओं में जाने वाली तरंगें एक-दूसरे के साथ इस प्रकार व्यतिकरण करती हैं कि वे चलती हुई प्रतीत नहीं होतीं; इसके बजाय, ऐसा प्रतीत होता है जैसे कि स्ट्रिंग के खंड बस ऊपर और नीचे की ओर बढ़ रहे हैं। यह होता है, उदाहरण के लिए, गिटार के तार में जब उन्हें तोड़ा जाता है।
स्ट्रिंग पर स्थित बिंदु जो स्थिर दिखाई देते हैं, कहलाते हैंनोड्स. नोड्स की प्रत्येक जोड़ी के बीच का मध्य मार्ग स्ट्रिंग पर एक बिंदु है जो अधिकतम आयाम तक पहुंचता है; इन बिंदुओं को कहा जाता हैएंटीनोड्स.
मौलिक आवृत्ति, यापहला हार्मोनिकस्ट्रिंग की लंबाई तब होती है जब स्ट्रिंग की लंबाई तरंग की तरंग दैर्ध्य की आधी होती है। खड़ी लहर तब ऊपर और नीचे कंपन करने वाली एकल तरंग चोटी की तरह दिखती है; इसमें स्ट्रिंग के प्रत्येक छोर पर एक एंटीनोड और एक नोड होता है।
तरंग की तरंगदैर्घ्य के बराबर डोरी की लंबाई वाली खड़ी तरंग को दूसरा हार्मोनिक कहा जाता है; इसमें दो एंटीनोड और तीन नोड होते हैं, जहां दो नोड सिरों पर होते हैं और एक नोड केंद्र में होता है। संगीत वाद्ययंत्र संगीत कैसे बनाते हैं, इसके लिए हार्मोनिक्स बहुत महत्वपूर्ण हैं।
तरंग हस्तक्षेप के उदाहरण
शोर-रद्द करने वाले हेडफ़ोन ध्वनि तरंगों के विनाशकारी हस्तक्षेप के सिद्धांत पर काम करते हैं। हेडफ़ोन पर एक माइक्रोफ़ोन आपके आस-पास किसी भी निम्न-स्तर के शोर का पता लगाता है, और फिर हेडफ़ोन आपके कानों में ध्वनि तरंगों का उत्सर्जन करता है जो विनाशकारी रूप से परिवेश के शोर में हस्तक्षेप करते हैं। यह परिवेश के शोर को पूरी तरह से रद्द कर देता है, जिससे आप शोरगुल वाले वातावरण में अपने संगीत और पॉडकास्ट को अधिक स्पष्ट रूप से सुन सकते हैं।
कारों पर मफलर समान रूप से काम करते हैं, हालांकि अधिक यांत्रिक तरीके से। मफलर में कक्षों का आकार ठीक इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि एक बार जब इंजन का शोर मफलर में प्रवेश करता है, तो यह विनाशकारी रूप से अपने स्वयं के परावर्तित शोर में हस्तक्षेप करता है, जिससे कार शांत हो जाती है।
आपके माइक्रोवेव ओवन द्वारा उत्सर्जित माइक्रोवेव प्रकाश भी हस्तक्षेप का अनुभव करता है। आपके माइक्रोवेव के अंदर ऐसे स्थान हैं जहां ओवन के इंटीरियर में उत्सर्जित प्रकाश तरंगें रचनात्मक और विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करती हैं, या तो आपके भोजन को कम या ज्यादा गर्म करती हैं। यही कारण है कि अधिकांश माइक्रोवेव ओवन में एक घूमने वाली प्लेट होती है: अपने भोजन को कुछ स्थानों पर पूरी तरह से जमने और दूसरों में उबलने से बचाने के लिए। (एक सही समाधान नहीं है, लेकिन यह अभी भी रहने वाले भोजन से बेहतर है!)
कॉन्सर्ट हॉल और ऑडिटोरियम को डिजाइन करते समय वेव इंटरफेरेंस एक बहुत ही महत्वपूर्ण विचार है। इन कमरों में "मृत धब्बे" हो सकते हैं, जहां मंच से ध्वनि, कमरे में सतहों से परिलक्षित होती है, दर्शकों में एक निश्चित स्थान पर विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करती है। दीवारों और छत में ध्वनि-अवशोषित और ध्वनि-परावर्तक सामग्री की सावधानीपूर्वक नियुक्ति के माध्यम से इसे रोका जा सकता है। कुछ कॉन्सर्ट हॉल में इन स्थानों के लिए स्पीकर होंगे ताकि वहां बैठे दर्शकों के सदस्य अभी भी ठीक से सुन सकें।
विद्युत चुम्बकीय तरंगों के हस्तक्षेप पैटर्न
अन्य तरंगों की तरह, प्रकाश तरंगें एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप कर सकती हैं और एक बाधा या उद्घाटन के आसपास विवर्तित या झुक सकती हैं। एक तरंग अधिक विवर्तित होती है जब उद्घाटन तरंग की तरंग दैर्ध्य के आकार के करीब होता है। यह विवर्तन एक हस्तक्षेप पैटर्न का कारण बनता है - वे क्षेत्र जहां तरंगें एक साथ जुड़ती हैं और वे क्षेत्र जहां तरंगें एक दूसरे को रद्द करती हैं।
आइए एक क्षैतिज झिरी से गुजरने वाले प्रकाश का उदाहरण लें। यदि आप भट्ठा के केंद्र से दीवार तक एक सीधी रेखा की कल्पना करते हैं, जहां वह रेखा दीवार से टकराती है तो रचनात्मक हस्तक्षेप का एक उज्ज्वल स्थान होना चाहिए।
हम भट्ठा से गुजरने वाले प्रकाश को कई बिंदु स्रोतों की एक पंक्ति के रूप में मॉडल कर सकते हैं जो सभी बाहर की ओर निकलते हैं। भट्ठा के बाईं और दाईं ओर के स्रोतों से प्रकाश दीवार पर इस विशेष स्थान तक पहुंचने के लिए समान दूरी तय करेगा, और इसलिए चरण में होगा और रचनात्मक रूप से हस्तक्षेप करेगा। बाईं ओर अगला बिंदु और दाईं ओर अगला बिंदु भी रचनात्मक रूप से हस्तक्षेप करेगा, और इसी तरह, केंद्र में एक उज्ज्वल अधिकतम बना देगा।
पहला स्थान जहां विनाशकारी हस्तक्षेप होगा, निम्नानुसार निर्धारित किया जा सकता है: प्रकाश की कल्पना करें भट्ठा (बिंदु A) के बाएं छोर पर स्थित बिंदु से और बीच से आने वाले बिंदु (बिंदु B) से आ रहा है। यदि उन स्रोतों में से प्रत्येक से दीवार तक पथ अंतर 1/2λ, 3/2λ और इसी तरह भिन्न होता है, तो वे विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करेंगे।
यदि हम अगले बिंदु को बाईं ओर और अगले बिंदु को मध्य के दाईं ओर लेते हैं, तो पथ की लंबाई का अंतर इन दो स्रोत बिंदुओं और पहले दो के बीच लगभग समान होगा, और इसलिए वे विनाशकारी भी होंगे दखल नामा।
यह पैटर्न सभी शेष युग्मों के लिए दोहराता है, जिसका अर्थ है कि यदि बिंदु A और बिंदु B से प्रकाश आ रहा है दीवार पर किसी दिए गए स्थान पर हस्तक्षेप करता है, तो झिरी के माध्यम से आने वाली सभी रोशनी उस पर हस्तक्षेप का अनुभव करती है एक ही स्थान।
एक डबल-स्लिट प्रयोग में दूरी a द्वारा अलग किए गए दो छोटे स्लिट्स के माध्यम से प्रकाश पारित करके थोड़ा अलग विवर्तन पैटर्न भी प्राप्त किया जा सकता है। यहां हम दीवार पर रचनात्मक हस्तक्षेप (चमकदार धब्बे) देखते हैं, कभी भी दो झिरियों से आने वाले प्रकाश के बीच पथ लंबाई का अंतर तरंग दैर्ध्य का एक गुणक होता है।
एक इंटरफेरोमीटर क्या है?
इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके वैज्ञानिक रोमांचक खोज करने के लिए हर दिन तरंग हस्तक्षेप का उपयोग करते हैं। एक इंटरफेरोमीटर एक वैज्ञानिक उपकरण है जो माप करने और प्रयोग करने के लिए प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप का उपयोग करता है।
एक बुनियादी इंटरफेरोमीटर एक लेज़र बीम लेता है और इसे दो बीमों में विभाजित करता है। वैज्ञानिक जिस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास कर रहे हैं, उसके आधार पर एक बीम बहुत अलग-अलग काम करेगा या उससे अलग-अलग काम करेगा। फिर बीमों को फिर से जोड़ दिया जाएगा, लेकिन उनके अलग-अलग अनुभवों ने उन्हें बदल दिया होगा। वैज्ञानिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रकृति जैसे वैज्ञानिक प्रश्नों की जांच के लिए दो अलग-अलग लेजर बीम के हस्तक्षेप को देख सकते हैं।
लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) एक विशाल इंटरफेरोमीटर है जो अपने विभाजित लेजर बीम को 2.5 मील (4 किमी) दूर और पीछे भेजता है।
स्प्लिट बीम एक समकोण पर होते हैं, इसलिए यदि गुरुत्वाकर्षण तरंग इंटरफेरोमीटर से होकर गुजरती है, तो यह प्रत्येक बीम को अलग तरह से प्रभावित करेगी। इसका मतलब यह है कि जब वे पुनर्संयोजित होते हैं तो वे एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगे, और हस्तक्षेप पैटर्न भौतिकविदों को गुरुत्वाकर्षण तरंगों के कारण के बारे में बताता है। इसी तरह LIGO ने ब्लैक होल से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक साथ दुर्घटनाग्रस्त होने का पता लगाया, एक ऐसी खोज जिसने 2017 में नोबेल पुरस्कार जीता था।