8.4. Ефекти СКЛАДАННЯ хвиль. Стоячих ПРУЖНІ ХВИЛІ
Якщо в середовищі поширюються одночасно кілька хвиль, то коливання частинок середовища виявляються геометричній сумою коливань, які здійснювали б частинки при поширенні кожної з хвиль окремо. Отже, хвилі просто накладаються одна на іншу, не бунтували один одного. Це твердження називається принципом суперпозиції хвиль. Принцип суперпозиції стверджує, що рух, викликане поширенням відразу декількох хвиль, є знову деякий хвильовий процес. Таким процесом, наприклад, є звучання оркестру. Воно виникає від одночасного збудження звукових коливань повітря окремими музичними інструментами. Чудово, що при накладенні хвиль можуть виникати особливі явища. Їх називають ефектами складання або, як ще кажуть, суперпозиції хвиль. Серед цих ефектів найбільш важливими є інтерференція і дифракція.
Інтерференція - явище стійкого в часі перерозподілу енергії коливань в просторі, в результаті якого в одних місцях коливання посилюються, а в інших послаблюються. Це явище виникає при складанні хвиль з зберігається в часі різницею фаз, так званих когерентних хвиль. Інтерференцію великого числа хвиль прийнято називати дифракцией. Принципової різниці між інтерференцією і дифракцією немає. Природа цих явищ одна і та ж. Ми обмежимося обговоренням тільки одного дуже важливого интерференционного ефекту, який полягає в утворенні стоячих хвиль.
Необхідною умовою освіти стоячих хвиль є наявність кордонів, що відображають падаючі на них хвилі. Стоячі хвилі утворюються в результаті додавання падаючих і відбитих хвиль. Явища такого роду зустрічаються досить часто. Так, кожен тон звучання будь-якого музичного інструменту порушується стоячій хвилею. Ця хвиля утворюється або в струні (струнні інструменти), або в стовпі повітря (духові інструменти). Відбивають межами в цих випадках є точки закріплення струни і поверхні внутрішніх порожнин духових інструментів.
Кожна стояча хвиля має такі властивості. Вся область простору, в якій порушена хвиля, може бути розбита на клітинки таким чином, що на межі комірок коливання повністю відсутні. Точки, розташовані на цих кордонах, називаються вузлами стоячої хвилі. Фази коливань у внутрішніх точках кожного осередку однакові. Коливання в сусідніх осередках відбуваються назустріч один одному, тобто в протифазі. В межах одного осередку амплітуда коливань змінюється в просторі і в якомусь місці досягає максимального значення. Точки, в яких це спостерігається, називаються пучностями стоячій хвилі. Нарешті, характерною властивістю стоячих хвиль є дискретність спектра їх частот. У стоячій хвилі коливання можуть відбуватися тільки зі строго визначеними частотами, і перехід від однієї з них до іншої відбувається стрибком.