波が媒体を通過するときに、同じ媒体を通過する別の波に遭遇することがあります。 これらの波が衝突するとどうなりますか？ 波は比較的直感的で計算しやすい方法で組み合わされていることがわかります。 それだけでなく、の便利なアプリケーションもたくさんあります波の干渉研究室と日常生活の両方で。
波を組み合わせる
波の組み合わせが特定の時点で媒体内の特定のポイントにどのように作用するかを知るには、波の組み合わせが独立して何をするかを追加するだけです。 これはと呼ばれます重ね合わせの原理.
たとえば、2つの波を同じグラフにプロットする場合は、各ポイントでの個々の振幅を単純に加算して、結果の波を決定します。 結果として生じる振幅は、その時点でより大きな結合された大きさを持つ場合があり、波の影響が部分的または完全に互いに打ち消し合う場合があります。
波Aが右に移動し、波Bが左に移動する場合を想像してみてください。 波Aが2単位上向きの変位を持っていたのに対し、波Bが持っていた空間の特定のポイントを見ると 下向きの変位が1単位の場合、結果として生じる波は上向きの変位が1単位になります。2-1= 1.
建設的な干渉
に建設的な干渉、媒体の変位は、両方の波で同じ方向でなければなりません。 それらは一緒に結合して、個別にいずれかの波よりも大きな振幅を持つ単一の波を作成します。 完全に建設的な干渉を行うには、波が同相である必要があります。つまり、波の山と谷が完全に整列し、同じ周期である必要があります。
破壊的な干渉
にとって破壊的な干渉、一方の波の媒体の変位は、もう一方の波の変位と反対方向です。 結果として生じる波の振幅は、振幅が大きい波の振幅よりも小さくなります。
波が互いに打ち消し合って振幅がゼロになる完全な破壊的干渉の場合、波は次のようになります。 正確に位相がずれている（つまり、一方のピークがもう一方の谷と完全に一致している）、同じ周期を持っているそして振幅。 （振幅が同じでない場合、波は正確にゼロにキャンセルされません。）
破壊的な干渉は波を止めないことに注意してください。 その特定の場所での振幅をゼロにするだけです。 干渉とは、波が互いに通過するときに発生することです。波が相互作用しなくなると、元の振幅に戻ります。
反射波
波は、通過する媒体が別の媒体に変わると、表面や固定点で反射する可能性があります。
弦が片側に固定されている場合、その固定点に当たる弦に沿って進行する波は、「逆さま」に、または元の波の逆バージョンとして反射します。 弦の片側が空いている場合、弦に沿って進行し、端に当たる波は、右側を上にして反射します。 弦が密度の異なる別の弦に結び付けられている場合、波がその接続に当たると、その接続部分が反射し（弦の端が固定されているかのように）、その一部が継続します。
水または空気中の波が表面に当たると、当たったのと同じ角度でその表面で反射します。 これは入射角と呼ばれます。
反射波はしばしば干渉する可能性があり、特別な状況では、定在波と呼ばれる特別な種類の波を生成する可能性があります。
定在波
片方または両方の端が固定された弦を想像してみてください。 固定された端に当たるこの弦を伝わる波は、その端で反射し、反対方向に伝わり、それを作成した元の波と干渉します。
弦の長さが波の波長の半分の倍数でない限り、この干渉は必ずしも完全に建設的または破壊的であるとは限りません。
[基本/調和定在周波数の画像]
これにより、定在波パターンが作成されます。つまり、発信元の波が反対方向に移動するときに反射波に干渉します。 反対方向に進む波は、動いているように見えなくなるように互いに干渉します。 代わりに、文字列のセクションが単に所定の位置で上下に移動しているように見えます。 これは、たとえば、撥弦楽器の弦で発生します。
固定されているように見える文字列上のポイントは、ノード. ノードの各ペアの中間は、最大振幅に達するストリング上のポイントです。 これらの点は呼ばれます腹.
ザ・基本周波数、または一次高調波文字列の、は、文字列の長さが波の波長の半分のときに発生します。 定在波は、上下に振動する単一の波のピークのように見えます。 腹が1つあり、文字列の両端に1つのノードがあります。
弦の長さが波の波長に等しい定在波は、第二高調波と呼ばれます。 2つの腹と3つのノードがあり、2つのノードが端にあり、1つのノードが中央にあります。 ハーモニクスは、楽器が音楽を作成する方法にとって非常に重要です。
波の干渉の例
ノイズキャンセリングヘッドホンは、音波の破壊的な干渉の原理に基づいて動作します。 ヘッドホンのマイクが周囲の低レベルのノイズを検出すると、ヘッドホンは周囲のノイズを破壊的に妨害する音波を耳に放出します。 これにより、周囲のノイズが完全にキャンセルされ、ノイズの多い環境で音楽やポッドキャストをよりはっきりと聞くことができます。
車のマフラーも同様に機能しますが、より機械的な方法です。 マフラーのチャンバーのサイズは、エンジンノイズがマフラーに入ると、それ自体の反射ノイズを破壊的に妨害し、車を静かにするように正確に設計されています。
電子レンジから放出されるマイクロ波光も干渉を受けます。 電子レンジの内部には、オーブンの内部に放出された光波が建設的および破壊的に干渉し、食品を多かれ少なかれ加熱する場所があります。 これが、ほとんどの電子レンジの内部に回転プレートがある理由です。食品が完全に凍結したり、沸騰したりしないようにするためです。 （完璧な解決策ではありませんが、食べ物を静止させるよりはましです！）
コンサートホールや講堂を設計する際には、波の干渉が非常に重要な考慮事項です。 これらの部屋には「デッドスポット」があり、ステージからの音が部屋の表面で反射し、観客の特定の場所で破壊的に干渉します。 これは、壁や天井に吸音材と吸音材を注意深く配置することで防ぐことができます。 一部のコンサートホールでは、これらのスポットを対象としたスピーカーが設置され、そこに座っている聴衆が引き続き適切に聞こえるようになっています。
電磁波の干渉パターン
他の波と同じように、光波は互いに干渉し、障壁や開口部の周りで回折または曲がることがあります。 開口部のサイズが波の波長に近いほど、波はより回折します。 この回折により、干渉パターンが発生します。波が合体する領域と波が互いに打ち消し合う領域です。
単一の水平スリットを通過する光の例を見てみましょう。 スリットの中心から壁までの直線を想像すると、その線が壁に当たる場所は、建設的な干渉の明るいスポットになるはずです。
スリットを通過する光を、すべて外側に放射する複数の点光源の線としてモデル化できます。 スリットの左右にある光源からの光は、壁のこの特定のスポットに到達するために同じ距離を移動するため、同相で建設的に干渉します。 左側の次のポイントと右側の次のポイントも建設的に干渉し、以下同様に中央に明るい最大値を作成します。
破壊的な干渉が発生する最初の場所は、次のように決定できます。光を想像してください。 スリットの左端の点（点A）と中央の点（点B）から来ています。 これらの各ソースから壁までのパスの差が1 /2λ、3 /2λなどのように異なる場合、それらは破壊的に干渉します。
真ん中の左側の次のポイントと右側の次のポイントを取ると、パスの長さの違い これらの2つのソースポイントと最初の2つのソースポイントの間はほぼ同じであるため、破壊的にも 干渉します。
このパターンは、残りのすべてのポイントのペアに対して繰り返されます。つまり、ポイントAとポイントBから光が来る場合 壁の特定の場所で干渉すると、スリットを通過するすべての光がその場所で干渉を受けます 同じ場所。
わずかに異なる回折パターンは、二重スリット実験で距離aだけ離れた2つの小さなスリットに光を通すことによっても得られます。 ここでは、2つのスリットからの光の経路長の差が波長λの倍数である場合は常に、壁に建設的な干渉（明るいスポット）が見られます。
干渉計とは何ですか？
科学者は、干渉計を使用して、毎日波の干渉を使用して刺激的な発見をしています。 干渉計は、光波の干渉を利用して測定や実験を行う科学機器です。
基本的な干渉計は、レーザービームを受け取り、それを2つのビームに分割します。 科学者が答えようとしている質問に応じて、1つのビームは非常に異なることを行うか、異なることを行います。 その後、ビームは再結合されますが、それらが経験したさまざまな経験によってビームが変化します。 科学者は、重力波の性質などの科学的な質問を調査するために、現在は異なる2つのレーザービームの干渉を調べることができます。
レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）は、分割されたレーザービームを2.5マイル（4 km）離れた場所に送り返す巨大な干渉計です。
分割されたビームは直角であるため、重力波が干渉計を通過すると、各ビームに異なる影響を与えます。 これは、それらが再結合されたときに互いに干渉することを意味し、干渉パターンは、重力波の原因を物理学者に伝えます。 このようにして、LIGOはブラックホールが衝突する重力波を検出しました。この発見は2017年にノーベル賞を受賞しました。