什么是建设性的和破坏性的干扰？
发布时间：2023-04-18 08:00:00 阅读数： 711
当两个或更多的波在同一时间内通过同一空间区域时，就会发生干涉。叠加原理提供了一种组合波的方法。合并后的波，也称为复合波，是通过对每一个单点的位移进行代数和得到的。波干扰的两个主要类型是构造性干扰和破坏性干扰。
图1：波的叠加
如果两个波是同相位的，它们会发生建设性的干涉。这被称为建设性干涉。也就是说，波的峰值将是同相位的。当两个波彼此完全不相位时，就会发生破坏性干涉。这两个波的相位相差180度或π弧度，因此它们发生破坏性干涉并相互抵消。
叠加的原理
当两个具有相同频率和振幅的波结合在一起时，它们会相互干扰。如果这些波具有相同的频率，并在介质中以相同的方向运动，它们在任何给定点的组合强度可能不同于它们各自的强度之和。有时，合并后的波在某些点上更强，在其他点上更弱。
在波的情况下，波峰代表正振幅，波谷代表负振幅。叠加原理描述了碰撞前后波的振幅。它指出，在介质中的任何给定点，所产生的位移等于经过该点的每个波所引起的单个位移之和。波的叠加显示在图1中。
在构造干涉过程中，两个波的波峰结合起来。例如，如果一个波的振幅为+1 V，另一个波的振幅为+2 V，那么产生的波的振幅为3 V。相反，当波峰和波谷结合时，它们可以相互抵消或减少产生的波的振幅。例如，如果一个波峰的振幅为+1 V，而另一个波谷的振幅为-2 V，那么产生的波在该点的振幅将为-1 V。
考虑两个具有相同频率的波在同一方向上行驶：
案例1：构造性干扰
图2：构造性干扰
在建设性干涉发生之前，这两个波必须穿过相同的介质。此外，波必须有相同的属性，即它们应该有相同的振幅和波长。波峰或波谷的高度给出了波的振幅。为了确定波长，要测量两个相邻的波峰或波谷之间的距离。当两个波相交时，它们的波峰或波谷会合并，从而形成一个新的波，其振幅更高。
当两个波（如图2所示）通过逐点相加而结合时，相交波的波峰和波谷会合。所产生的波看起来与原来的波相似，但有更高的振幅。这种情况被称为建设性干涉，产生的波的幅度大于两个初始波中的任何一个。因此，一个更大的波是由这两个波加在一起形成的。
构造性干涉的发生有一定的条件。它是由干涉的波之间的路径差和相位差给出的。
构造性干涉的条件：
波之间的路径差等于波长的整数倍
波之间的路径差由以下公式给出、
其中n是一个整数，代表波之间的波长差数（n=0,1,2,3），λ是波的波长。
两个波之间的相位差是π的偶数倍。
波之间的相位差、
案例2：破坏性干扰
图3：破坏性干扰
破坏性干扰是一种发生在两个相互干扰的波峰和波谷之间的现象。这种干扰导致它们的振幅被抵消，形成一条平线，而不是一个较大的波。这种现象发生在一个波的波峰与另一个波的波谷重合时。波峰将抵消波谷，使介质保持不受干扰。要使两个波表现出破坏性干扰，它们必须有相等的振幅，而且方向相反。
当一个波处于其峰值时，另一个波处于其最低点，导致两个波的总和为零（如图3所示）。同样，当一个波处于其最低点时，另一个波处于其峰值，结果是总和为零。因此，它们互相抵消，不会有任何波留下。这种现象被称为破坏性干扰，即两个波的总和可以为零。
破坏性干扰的条件：
波之间的路径差等于波长的半整数倍。
波之间的路径差由以下公式给出、
其中n是一个整数，代表波之间的半波长差数（n=0,1,2,3），λ是波的波长。
两个波之间的相位差是π的奇数倍。
波之间的相位差、
干扰的应用
建设性干扰被用来提高音乐制作中录音的音质。例如，可以将多个麦克风放置在乐器周围，以捕捉从不同方向产生的声波，并将这些信号结合起来，创造出更加细致和自然的声音。破坏性干扰也可用于通过取消特定频率来减少不需要的噪音或回声。
在光学中，建设性干扰被用来创造干扰模式，揭示关于光的属性的信息，如其波长和偏振。这种技术通常用于干涉测量，即测量小距离、角度或折射率的变化。
建设性干扰也被用来通过将波聚焦到一个特定的方向来提高信号强度。这是通过使用天线阵列来实现的，这些天线阵列被设计成在所需方向上产生建设性干扰。破坏性干扰是用来减少在同一频率上运行的其他无线电源的干扰。
在量子力学中，建设性和破坏性干扰在亚原子粒子的行为中起着关键作用，如电子和光子。这些现象在许多应用中被利用，包括量子计算，其中量子状态的干扰被用来进行复杂的计算。
