Thí nghiệm về hiện tượng giao thoa
 Giao thoa sóng mặt nước
View

Mô tả thí nghiệm: Dùng hai nguồn tạo 2 sóng kết hợp trên mặt nước (trên màn hành 2 nguồn này được mô phỏng bằng 2 quả cầu). Khi đó trên mặt nước xảy ra hiện tượng giao thoa sóng và xuất hiện những vân giao thoa hình hypecbol.

Thực hành thí nghiệm: Dùng con chuột di chuyển vị trí các quả cầu. Quan sát các vân giao thoa trong từng trường hợp.

Cơ sở lý thuyết

1. Hiện tượng giao thoa
Trong thực tế thường có trường hợp nhiều sóng phát ra từ nhiều nguồn khác nhau và cùng truyền tới một điểm. Trường hợp như vậy có thể gây ra một hiện tượng đặc thù của sóng, gọi là hiện tượng giao thoa. Ta sẽ xét hiện tượng giao thoa của sóng mặt nước bằng thí nghiệm như sau:
Gắn hai hòn bi sắt vào hai đầu một thanh nhựa cứng, rồi gắn điểm giữa thanh nhựa này vào một đầu của một thanh kim loại mỏng và đàn hồi tốt, sao cho khi đầu thanh kim loại dao động thì thanh nhựa dao động làm cho hai hòn bi cùng dao động giống hệt nhau. Đặt thanh kim loại ngang với mặt nước sao cho hai hòn bi chạm vào mặt nước. Ta gẩy nhẹ vào thanh kim loại để cho nó dao động điều hoà, khi đó hai hòn bi tạo ra trên mặt nước hai hệ sóng lan truyền theo những hình tròn đồng tâm. Hai hệ thống đường tròn mở rộng dần và đan vào nhau trên mặt nước.
Khi hình ảnh sóng đã ổn định, chúng ta phân biệt được trên mặt nước một nhóm những đường cong tại đó biên độ dao động là cực đại và xen kẽ giữa chúng là một nhóm những đường cong khác tại đó mặt nước không dao động. Những đường cong này đứng yên tại chỗ, mà không truyền đi trên mặt nước.
Hiện tượng này được giải thích bằng lý thuyết về giao thoa.

2. Lý thuyết về giao thoa
Giả sử A và B là hai nguồn dao động cùng tần số, cùng pha với nhau và sóng của chúng cùng truyền tới một điểm M của mặt phẳng theo hai đường đi d1, d2. Hai nguồn dao động cùng tần số, cùng pha (hoặc hiệu pha không đổi được gọi là hai nguồn kết hợp.
Trong thí nghiệm, hai hòn bi không dao động độc lập với nhau. Chúng luôn dao động cùng tần số và cùng pha với thanh P và do đó chúng đúng là hai nguồn kết hợp.
Giả sử phương trình của các dao động tại A và B cùng là u=asinwt. Nếu khong cách l giữa A và B là nhỏ so với các đường đi d1 và d2, ta có thể coi biên độ các sóng truyền tới M là bằng nhau.
Gọi v là vận tốc truyền sóng. Thời gian để sóng truyền từ A đến M là d1/v. Dao động tại M vào thời điểm t cùng pha với dao động tại A vào thời điểm t - d1/v. Vì vậy phương trình dao động tại M từ A truyền đến có dạng.

uA = aMsinw(t - d1/v) = aMsin(wt - d1w/v)
Tương tự, ta có phương trình dao động tại M từ B truyền đến là:
uB = aMsinw(t - d2/v) = aMsin(wt - d2w/v)
Dao động tại M là sự tổng hợp của hai dao động trên và độ lệch pha là:
Dj = w/v (d1-d2) = d w/v
Thay w = 2p/T và v = l/T, ta có: Dj = 2pd / l
Tại những điểm mà hiệu đường đi d = kl (k là 1 số nguyên), tức là Dj = 2kp thì biên độ lớn gấp đôi và đạt cực đại. Với mỗi giá trị k, tập hợp các điểm dao động cực đại tho mãn d = d1 - d2 = kl = const sẽ tạo thành một đường hypecbol có 2 tiêu điểm là hai nguồn. Như vậy với nhiều giá trị k nguyên khác 0, ta sẽ thu được một họ đường hypecbol, tại k = 0 thì d1 = d2 ta sẽ có một đường thẳng là đường trung trực của đoạn thẳng nối giữa hai nguồn.
Tương tự, tại những điểm mà d = (2k+1)l/2 thì Dj = (2k+1)p, hai động sẽ triệt tiêu nhau và biên độ dao động bằng 0, tức là không dao động. Vì vậy ở giữa các đường hypecbol của các điểm dao động cực đại cũng có những đường hypecbol mà tất cả các điểm trên đường này đều không dao động.
Hiện tượng trên gọi là hiện tượng giao thoa. Như vậy: Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt hoặc triệt tiêu.