Parfois, lorsqu'une onde se déplace à travers un médium, elle rencontre une autre onde, se déplaçant également à travers le même médium. Que se passe-t-il lorsque ces vagues entrent en collision? Il s'avère que les vagues se combinent de manière relativement intuitive et facile à calculer. Non seulement cela, mais il existe également de nombreuses applications utiles de l'interférence des ondes
aussi bien en laboratoire que dans la vie de tous les jours.
Combinaison d'ondes

Pour savoir ce que la combinaison d'ondes va faire à un point donné dans le support à un moment donné, vous ajoutez simplement ce qu'ils feraient indépendamment. C'est ce qu'on appelle le principe de superposition
.

Par exemple, si vous deviez tracer les deux ondes sur le même graphique, vous ajouteriez simplement leurs amplitudes individuelles à chaque point pour déterminer la résultante vague. Parfois, l'amplitude résultante aura une amplitude combinée plus grande à ce point, et parfois les effets des vagues s'annuleront partiellement ou complètement.

Imaginez si nous avions la vague A se déplaçant vers la droite et la vague B se déplaçant vers la gauche. Si nous regardons un certain point dans l'espace où la vague A avait un déplacement vers le haut de 2 unités, tandis que la vague B avait un déplacement vers le bas de 1 unité, l'onde résultante aurait un déplacement vers le haut de 1 unité: 2 - 1 \u003d 1.
Interférence constructive

Dans interférence constructive
, le déplacement du milieu doit être dans la même direction pour les deux ondes. Ils se combinent pour former une seule onde avec une plus grande amplitude que l'une ou l'autre onde individuellement. Pour une interférence constructive parfaite, les ondes doivent être en phase - ce qui signifie que leurs pics et leurs vallées s'alignent parfaitement - et avoir la même période.
Interférence destructrice

Pour interférence destructrice
, le déplacement du milieu pour une onde est dans la direction opposée à celle de l'autre onde. L'amplitude de l'onde résultante sera inférieure à celle de l'onde de plus grande amplitude.

Pour une interférence destructrice parfaite, où les ondes s'annulent pour créer une amplitude nulle, les ondes doivent être exactement déphasées - ce qui signifie que le pic de l'un s'aligne parfaitement avec la vallée de l'autre - et ont la même période et
amplitude. (Si les amplitudes ne sont pas les mêmes, les ondes ne s'annuleront pas exactement à zéro.)

Notez que les interférences destructrices n'arrêtent pas l'onde; il ramène simplement son amplitude à cet endroit particulier à zéro. L'interférence est ce qui se produit lorsque les ondes se traversent - une fois que les ondes n'interagissent plus, elles retournent à leurs amplitudes d'origine.
Ondes réfléchissantes

Les ondes peuvent se refléter sur les surfaces et les points fixes partout où le milieu ils voyagent à travers des changements vers un autre support.

Si une chaîne est fixée d'un côté, toute onde se déplaçant le long de la chaîne qui atteint ce point fixe se reflétera "à l'envers" ou comme version inversée de la vague d'origine. Si une chaîne est libre d'un côté, toute onde se déplaçant le long de la chaîne qui touche l'extrémité se réfléchira sur le côté droit vers le haut. Si une chaîne est liée à une autre chaîne de densité différente, lorsqu'une onde frappe cette connexion, une partie de celle-ci se reflète (comme si la fin de la chaîne était fixe) et une partie de celle-ci continue.

Quand un une vague dans l'eau ou l'air frappe une surface, elle se réfléchira sur cette surface au même angle qu'elle a frappé. C'est ce qu'on appelle l'angle d'incidence.

Les ondes réfléchies peuvent souvent interférer avec elles-mêmes, ce qui peut, dans des circonstances particulières, créer un type spécial d'ondes appelé onde stationnaire.
Ondes stationnaires

Imaginez une chaîne avec une ou deux extrémités fixes. Une onde se déplaçant sur cette corde qui frappe une extrémité fixe se reflétera sur cette extrémité, se déplaçant dans la direction opposée et interférera avec l'onde d'origine qui l'a créée.

Cette interférence n'est pas nécessairement parfaitement constructive ou destructrice à moins la longueur de la corde est un multiple de la moitié de la longueur d'onde de l'onde.

[image des fréquences permanentes fondamentales /harmoniques]

Cela crée un motif d'ondes stationnaires: les ondes originales sortantes interfèrent avec les ondes réfléchies lorsqu'elles se déplacer dans des directions opposées. Les vagues allant dans des directions opposées interfèrent les unes avec les autres de telle manière qu'elles ne semblent plus bouger; au lieu de cela, il semble que les sections de la chaîne se déplacent simplement de haut en bas sur place. Cela se produit, par exemple, dans les cordes de guitare lorsqu'elles sont pincées.

Les points de la chaîne qui semblent fixes sont appelés nœuds
. À mi-chemin entre chaque paire de nœuds se trouve un point sur la chaîne qui atteint l'amplitude maximale; ces points sont appelés antinœuds
.

La fréquence fondamentale
, ou première harmonique
, d'une chaîne se produit lorsque la longueur de la chaîne est la moitié de la longueur d'onde de l'onde. L'onde stationnaire ressemble alors à un pic d'onde unique vibrant de haut en bas; il a un antinœud et un nœud à chaque extrémité de la chaîne.

L'onde stationnaire avec une longueur de chaîne égale à la longueur d'onde de l'onde est appelée la deuxième harmonique; il a deux antinœuds et trois nœuds, où deux nœuds sont aux extrémités et un nœud est au centre. Les harmoniques sont très importantes pour la façon dont les instruments de musique créent la musique.
Exemples d'interférences de vagues

Les écouteurs antibruit fonctionnent sur le principe de l'interférence destructrice des ondes sonores. Un microphone sur le casque détecte tout bruit de faible niveau autour de vous, puis le casque émet des ondes sonores dans vos oreilles qui interfèrent de manière destructrice avec le bruit ambiant. Cela annule complètement le bruit ambiant, ce qui vous permet d'entendre votre musique et vos podcasts beaucoup plus clairement dans un environnement bruyant.

Les silencieux des voitures fonctionnent de manière similaire, mais de façon plus mécanique. La taille des chambres dans un silencieux est conçue avec précision de telle sorte qu'une fois que le bruit du moteur pénètre dans le silencieux, il interfère de manière destructrice avec son propre bruit réfléchi, ce qui rend la voiture plus silencieuse.

La lumière micro-ondes émise par votre four à micro-ondes subit également des expériences ingérence. Il y a des endroits à l'intérieur de votre micro-ondes où des ondes lumineuses émises à l'intérieur du four interfèrent de manière constructive et destructrice, chauffant plus ou moins vos aliments. C'est pourquoi la plupart des fours à micro-ondes ont une plaque tournante à l'intérieur: pour éviter que vos aliments ne soient complètement congelés à certains endroits et bouillants dans d'autres. (Ce n'est pas une solution parfaite, mais c'est mieux que la nourriture reste immobile!)

L'interférence des vagues est une considération très importante lors de la conception des salles de concert et des auditoriums. Ces pièces peuvent avoir des «points morts», où le son de la scène, réfléchi par les surfaces de la pièce, interfère de façon destructrice à un certain endroit du public. Cela peut être évité en plaçant soigneusement des matériaux insonorisants et réfléchissants dans les murs et le plafond. Certaines salles de concert auront des haut-parleurs dirigés vers ces endroits pour permettre aux spectateurs assis là-bas de toujours entendre correctement.
Motifs d'interférence des ondes électromagnétiques

Tout comme avec d'autres ondes, les ondes lumineuses peuvent interférer entre elles et peut diffracter ou se courber autour d'une barrière ou d'une ouverture. Une onde diffracte davantage lorsque l'ouverture est de taille plus proche de la longueur d'onde de l'onde. Cette diffraction provoque un motif d'interférence - régions où les ondes s'additionnent et régions où les ondes s'annulent.

Prenons l'exemple de la lumière traversant une seule fente horizontale. Si vous imaginez une ligne droite du centre de la fente au mur, où cette ligne frappe le mur devrait être un point lumineux d'interférence constructive.

Nous pouvons modéliser la lumière passant à travers la fente comme une ligne de plusieurs sources ponctuelles qui rayonnent toutes vers l'extérieur. La lumière provenant de sources situées à gauche et à droite de la fente aura parcouru la même distance pour se rendre à cet endroit particulier du mur, et sera donc en phase et interfèrera de manière constructive. Le point suivant à gauche et le point suivant à droite interfèrent également de manière constructive, et ainsi de suite, créant un maximum lumineux au centre.

Le premier endroit où des interférences destructives se produiront peut être déterminé comme suit: Imaginez la lumière venant du point à l'extrémité gauche de la fente (point A) et un point venant du milieu (point B). Si la différence de chemin entre chacune de ces sources et le mur diffère de 1 /2λ, 3 /2λ et ainsi de suite, alors ils interfèrent de manière destructrice.

Si nous prenons le point suivant à gauche et le suivant pointez vers la droite du milieu, la différence de longueur de chemin entre ces deux points source et les deux premiers serait approximativement la même, et donc ils interféreraient de manière destructrice.

Ce modèle se répète pour toutes les paires de points restantes , ce qui signifie que si la lumière provenant du point A et du point B interfère à un endroit donné du mur, alors toute la lumière passant par la fente subit une interférence au même endroit.

Un motif de diffraction légèrement différent peut également être obtenu en faisant passer la lumière à travers deux petites fentes séparées par la distance a dans une expérience à double fente. Ici, nous voyons des interférences constructives (taches lumineuses) sur le mur chaque fois que la différence de longueur de chemin entre la lumière provenant des deux fentes est un multiple de la longueur d'onde λ.
Qu'est-ce qu'un interféromètre?

Les scientifiques utilisent l'interférence des ondes chaque jour pour faire des découvertes passionnantes, en utilisant des interféromètres. Un interféromètre est un instrument scientifique qui utilise l'interférence des ondes lumineuses pour effectuer des mesures et effectuer des expériences.

Un interféromètre de base prend un faisceau laser et le divise en deux faisceaux. Un faisceau fera des choses très différentes ou fera différentes choses, selon la question à laquelle les scientifiques tentent de répondre. Les faisceaux seront alors recombinés, mais les différentes expériences qu'ils auront eues les auront modifiés. Les scientifiques peuvent examiner l'interférence des deux faisceaux laser désormais différents pour enquêter sur des questions scientifiques, comme la nature des ondes gravitationnelles.

L'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de l'interféromètre laser est un interféromètre géant qui envoie sa division faisceaux laser distants de 2,5 miles (4 km) et arrière.

Les faisceaux divisés sont à angle droit, donc si une onde gravitationnelle traverse l'interféromètre, elle affectera chaque faisceau différemment. Cela signifie qu'ils interfèrent les uns avec les autres lorsqu'ils sont recombinés, et le motif d'interférence informe les physiciens de la cause des ondes gravitationnelles. C'est ainsi que LIGO a détecté les ondes gravitationnelles des trous noirs qui s'écrasent ensemble, une découverte qui a remporté le prix Nobel en 2017.