Интерференция волн

Если бросить в пруд два камня, круги от них пересекутся, и на воде проступит неподвижный веер — полосы ряби, разделённые полосами затишья. Это интерференция: волны складываются, гребень с гребнем усиливают друг друга, гребень со впадиной — гасят. По тому же закону живут звук, свет и радиоволны; на интерференции держатся голограммы, радиотелескопы, сверхточные интерферометры и фазированные антенны — от радаров до тарелок спутникового интернета.

Как это устроено

На полотне стоят «Источники» — от 1 до 12 точек. «Расстановка» выстраивает их по кругу, в ряд, сеткой или случайно (тогда каждый ещё и получает случайную начальную фазу). Каждый источник испускает круговую волну, а генератор складывает волны в каждой точке.

λ — «Длина волны» в долях короткой стороны. Амплитуда падает как 1/√r: так слабеет круговая волна на плоскости, чья энергия растекается по всё более длинной окружности. «Затухание» добавляет поглощение, и далёкие источники перестают мешать друг другу. Чтобы контраст был ровным по всему кадру, сумма нормируется на энергию волн в точке. У двух источников линии затишья — гиперболы с фокусами в источниках, та самая картинка из учебника. Стили «плавно» и «полосы» показывают высоту воды, а «кольца — муар» рисует только гребни каждого источника тонкими окружностями: где они то совпадают, то расходятся, глаз видит муар — крупные призрачные полосы. При анимации гребни убегают на целое число длин волн за петлю, и петля замыкается.

Немного истории

В 1801–1803 годах Томас Юнг поставил свой знаменитый опыт: два близких пучка света дают на экране чередование светлых и тёмных полос. Это был сильнейший на тот момент довод в пользу волновой природы света против корпускул Ньютона. Для наглядности Юнг нарисовал в «Курсе лекций по натуральной философии» (1807) две системы круговых волн на воде — рисунок, который с тех пор кочует по учебникам. Волновая ванна — мелкий поднос с водой, лампой снизу и вибраторами — стала стандартным школьным прибором. А слово «муар» пришло от названия французского шёлка с переливчатыми разводами, которые возникают, когда два слоя ткани прессуют вместе.

Что покрутить

• Два источника «в ряд» и «Затухание» 0 — классическая картина Юнга; укорачивайте «Длину волны», и гипербол станет больше.
• 6–8 источников «по кругу» — в центре складывается розетка стоячих волн, похожая на мандалу.
• «Кольца — муар» с «Длиной волны» 0,012–0,03: из тонких колец проступают крупные призрачные полосы.
• «Затухание» 0,6–0,8 превращает каждый источник в отдельный всплеск, как капли дождя в луже.
• Положите сверху эффект «Рельеф» — полосы станут поверхностью воды с бликами; включите анимацию со «Скоростью» 2–4, и волны побегут.