Interferenz und Beugung sind eng verwandte Konzepte, jedoch im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Wellen, die aus unterschiedlichen Quellen stammen. Wenn sich zwei Wellen von unterschiedlichen Ursprungspunkten treffen, werden die beiden separaten Wellenlängen zu einer Welle kombiniert. Dies wird als Interferenzwelle bezeichnet.
Wenn eine Welle eine Öffnung oder ein Hindernis erreicht, beeinflusst dies die Richtung, in der sich die Welle ausbreitet, und die resultierende Welle wird als Beugungswelle bezeichnet. Es ist wichtig zu beachten, dass Interferenzwellen nur bei einer oder zwei Wellenquellen wirklich entstehen, bei drei oder mehr sind das Ergebnis fast immer Beugungswellen.
Interferenz vs. Beugung
Der Unterschied zwischen Interferenz und Beugung ist das Aussehen ihrer Wellen. Interferenzen treten auf, wenn sich die Lichtwellen durch die beiden unterschiedlichen Ausgangspunkte verbinden. Während die Beugung aufgrund der Überlagerung der untergeordneten Wellenlängen auftritt. Die Intensität der Interferenzkante ist immer gleich. Und umgekehrt hat die Beugung ungerade Streifen.
Vergleichstabelle zwischen Interferenz und Beugung (in Tabellenform)
| Vergleichsparameter | Interferenz | Beugung |
|---|---|---|
| Anzahl der Quellpunkte | Zwei unterschiedliche Punkte | Drei oder mehr |
| Die Intensität der Wellenspitze | Alle Spitzen gleich | Abwechslungsreich |
| Breite der Fransen | Gleich | Ungleich |
| Die Intensität des Wellentals | Absolut gar nichts | Unbekannt und abwechslungsreich |
| Primär- oder Sekundärwelle | Immer aus Primärquelle | Abgeändert von Primärwelle |
Was ist Interferenz?
Interferenzen treten auf, wenn zwei Wellen, die von zwei unterschiedlichen Punkten ausgehen, miteinander interagieren und sich kombinieren, um insgesamt eine andere Wellenform zu erzeugen.
Zwei Wellen, deren Spitzen und Täler perfekt ausgerichtet sind, werden als „in Phase“ bezeichnet, und die Amplitude der Wellen wird einfach addiert, um die resultierende Wellenform zu erzeugen.
Wenn die Wellenberge zweier Wellen addiert werden, wird dies als konstruktive Interferenz bezeichnet, und die Amplitude der resultierenden Wellenform ist die Summe der Amplituden der Wellenberge der ursprünglichen Wellen.
Wenn Wellen nicht synchron sind und sich die Wellenberge und -täler überlappen, werden sie als „phasenverschoben“ bezeichnet.
Wenn die Wellen völlig nicht synchron sind, d. h. einhundertachtzig Grad voneinander entfernt sind und die Amplituden von Spitze und Tal der entgegengesetzten Wellen gleich sind, heben sie sich gegenseitig auf, was als destruktive Interferenz bekannt ist.
Denken Sie daran, wenn Sie versuchen, ein großes Möbelstück zu bewegen.
Wenn zwei Personen vom gleichen Ende her schieben, ist dies konstruktive Interferenz, da sie mehr Kraft erzeugen würde als eine einzelne Person. Wenn jedoch zwei Personen von entgegengesetzten Enden her schieben, würden die Möbel still stehen, genauso wie es keine Welle gibt Amplitude mit destruktiver Interferenz.
Im Zusammenhang mit Lichtwellen ist es auch wichtig zu beachten, dass eine Interferenzwelle bei der Projektion auf eine Leinwand eine konsistente und gleiche Breite zwischen hellen und dunklen Bereichen aufweist.
Was ist Beugung?
In der Physik spricht man von Beugung, wenn sich Wellen um kleine Hindernisse biegen, wie zum Beispiel Schallwellen, die um eine Ecke wandern, oder wenn sich Wellen ausbreiten, nachdem sie eine kleine Öffnung passiert haben.
Die sekundären Wellenformen, die sich nach dem Passieren/Vorbeigehen des Hindernisses ergeben, unterscheiden sich vom Original, mit möglicherweise vielen unterschiedlichen und unterschiedlichen Phasen und Amplituden.
Beugung tritt nur auf einem signifikanten Niveau auf, wenn die Größe der Lücke mit der der Wellenlänge vergleichbar ist, und da die meisten Wellenlängen sehr klein sind, ist die Beugung umso offensichtlicher, je kleiner die Lücke ist.
Stellen Sie sich dazu Wellen des Meeres vor, die in eine schmale Felsöffnung an Land kommen. Vergleichen Sie das dann mit Dünungswellen, die in die Mündung oder einen Jachthafen eindringen.
Im Beispiel von Wellen, die durch eine schmale Öffnung gehen, sehen Sie, wie sich die abgerundete Wellenform auf der anderen Seite der Öffnung in das Gewässer ausbreitet, eine andere Form als die flache Wellenform, die ursprünglich in die Öffnung eintrat.
Dies kann mit einem Yachthafen verglichen werden, bei dem zwar größere Wassermassen vom Ozean in den Yachthafen fließen, aber die Größe der Öffnung bedeutet, dass das Wasser im Inneren des Yachthafens durch die resultierenden Beugungswellen kaum gestört wird.
Beugungswellen treten nicht auf, wenn Teilchen durch Schlitze oder um ein Objekt herum passieren, sondern setzen ihre ursprüngliche Flugbahn unverändert durch die äußeren Umstände fort.
Beugungswellen haben auch eine Vielzahl unterschiedlicher Spitzenintensitäten aufgrund der vielen und unterschiedlichen wechselwirkenden Wellenformen sowie der mehreren Quellenpunkte (größer als drei), die vorhanden sein müssen, um eine Beugungswelle zu ergeben.
Ein interessantes Phänomen ist, dass, wenn eine Beugungswelle durch zwei unterschiedliche Lücken geht, wir auf der anderen Seite ein Interferenzmuster sehen, da die beiden Lücken als zwei neue Quellpunkte wirken.
Hauptunterschiede zwischen Interferenz und Beugung
- Interferenzwellen entstehen aus zwei verschiedenen Quellpunkten, die kombiniert werden, während Beugungswellen von drei oder mehr abgeleitet werden.
- Die Intensitäten der Interferenzwellenspitzen sind gleichförmig und gleich, die einer Beugungswelle sind jedoch unterschiedlich und ungleich, da sie die Summe vieler verschiedener Wellen sind.
- Bei einer Interferenzwelle ist die Streifenbreite ebenfalls gleich, während wir bei Beugungswellen inkonsistente Streifenbreiten sehen können.
- Der Tiefpunkt einer Interferenzwelle wird immer gleich Null sein, während der Tiefpunkt einer Beugungswelle aufgrund der mehrfachen Kombinationswellen beliebig viele Möglichkeiten haben kann.
- Interferenzwellen stammen auch von einer primären Quelle oder Ursache der Welle, beispielsweise einem in ein Wasserbecken geschleuderten Stein, wohingegen Beugungswellen als sekundäre Wellen entstehen, nachdem die Primärwelle eine Öffnung oder ein Objekt passiert hat.
Fazit
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Arten von Wellen liegt in der Art und Weise, wie sie beide gebildet werden. Interferenzwellen werden von der ursprünglichen Wellenquelle abgeleitet, während Beugungswellen Sekundärwellen sind, die auftreten, wenn die Welle mit einem Hindernis wechselwirkt.
Durch die Beobachtung von Interferenz- und Beugungswellen in Wechselwirkung miteinander haben wir ein Werkzeug, um die Regeln unseres Universums besser verstehen zu können, auch in der Quantenphysik mit dem Doppelspaltexperiment.
- 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
