Bài 12. Giao thoa sóng

I. Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước

1. Thí nghiệm

 Hình 1. Thí nghiệm tạo ra sự giao thoa của hai sóng nước

Cho cần rung có gắn hai quả cầu dao động, ta thấy một số điểm trên mặt nước đứng yên dù nhận được sóng từ hai nguồn truyền đến.

2. Giải thích

- Những điểm cách nguồn một khoảng bằng \(k\lambda\) thì dao động đồng pha với nguồn, còn những điểm cách nguồn một khoảng \(\left(k+\dfrac{1}{2}\right)\lambda\) thì dao động ngược pha với nguồn.

- Khi cho 2 nguồn sóng giống hệt nhau dao động theo phương vuông góc với mặt nước, trên mặt nước có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó dao động ngược pha, triệt tiêu nhau. Có những điểm dao động rất mạnh do hai sóng ở đó dao động đồng pha.

Hình 2. Sự giao thoa của hai sóng mặt nước

Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng ổn định gọi là các vân giao thoa.

3. Điều kiện để xảy ra giao thoa

Để xảy ra hiện tượng giao thoa thì hai nguồn sóng phải:

• Dao động cùng phương, cùng tần số.
• Có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.

Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng. Do đó mọi quá trình vật lí gây ra hiện tượng giao thoa đều là một quá trình sóng.

II. Thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng

Hình 3. Thí nghiệm tạo ra sự giao thoa ánh sáng của hai chùm laze

Ánh sáng phát ra từ nguồn S₀ chiếu vào hai khe hẹp S₁, S₂. Hai khe hẹp này là hai nguồn kết hợp.

Trong vùng hai chùm sáng giao nhau có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ đã khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau. Những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Những vạch sáng và tối xen kẽ nhau chính là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng.

2. Công thức xác định bước sóng \(\lambda\) của ánh sáng

Hình 4. Sơ đồ rút gọn của thí nghiệm Young 

Gọi O là vị trí tại đó xuất hiện vân sáng chính giữa.

$a$ là khoảng cách giữa hai khe: \(a=S_1S_2\)

$D$ là khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát: \(D=IO\)

$i$ là khoảng vân. Đó là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp.

Khi đó bước sóng \(\lambda\) được xác định theo công thức:

\(\lambda=\dfrac{ia}{D}\)

1. Hai nguồn sóng kết hợp là hai nguồn có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp.

2. Hiện tượng giao thoa là hiện tượng khi hai sóng kết hợp gặp nhau thì có những điểm ở đó hai sóng luôn đồng pha thì dao động mạnh; có những điểm ở đó hai sóng luôn ngược pha thì đứng yên.

3. Bước sóng \(\lambda\) của ánh sáng được xác định theo hệ thức: \(\lambda=\dfrac{ia}{D}\).