Для школьников.
Все волны (поперечные; продольные; волны на поверхности воды, которые являются продольно-поперечными, так как при опускании вниз частицы воды двигаются ещё назад, а при подъёме наверх они движутся и вперёд) подчиняются общим закономерностям.
Проще и нагляднее наблюдать за волнами на поверхности воды из-за их малой скорости, поэтому остановимся на опытах, проведенных с этими волнами.
Если поверхности воды, налитой в ванночку, касаться колеблющимся остриём, то по воде побегут кольцевые волны, представляющих собой чередование гребней и впадин.
Если же поверхности воды касаться колеблющейся пластинкой, то гребни и впадины образующихся волн имеют вид прямых линий.
Приведённые рисунки волн на поверхности воды позволяют судить о сферических и плоских волнах в упругой среде. (пусть это будет воздух). Например, источник звука небольшого размера создаёт вокруг себя сферическую волну, амплитуда и интенсивность которой убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от точки среды до источника колебаний.
В сферической волне сжатие и разрежение воздуха располагается в виде шаровых слоёв.
В плоской волне, если можно пренебречь поглощением энергии, амплитуда колебаний точек среды не меняется.
Чтобы уменьшить потери энергии сферической волной, на практике ограничивают расхождение волны с использованием рупора.
В реальности всегда происходит ослабление волны, вызванное частичным поглощением энергии волны средой. Эта энергия тратится на работу против сил трения в среде (вязкости среды), она переходит в тепло.
При использовании рупора часть энергии поглощается также веществом рупора.
Источником энергии волны является энергия колеблющегося тела (источника).
Энергия источника приводит в движение прилегающий к нему слой среды, от которого энергия передаётся следующему слою и т. д. Возникает механическая (в данном примере звуковая) волна.
Если механические волны встречают на своём пути преграду, размеры которой велики по сравнению с длиной волны, то волны отражаются от этой преграды.
На рисунках ниже показано отражение кольцевой волны и плоской волны от пластинки больших размеров, по сравнению с длиной волны.
Из рисунков видно, что за пластинками волн нет, что падающие на пластинки волны отражаются от них. На рисунке справа показано как отражается от пластинки плоская волна.
Видим, что для неё угол падения "альфа" (угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленном в точке падения луча) равен углу отражения "бета" (углу между направлением отражённого луча и перпендикуляром к пластинке). Равенство этих углов называется законом отражения.
Закон отражения справедлив и для сферических (кольцевых) волн, что демонстрируется следующим рисунком.
В сферической волне угол отражения в разных точках отражающей пластинки различен, но в каждой точке он равен углу падения.
Дифракция волн.
Явление дифракции демонстрируется следующими опытами.
Если размер пластинки, на которую падает плоская волна гораздо больше длины волны (рис. а), то за пластинкой сравнительно резко видна тень. Лишь у краёв тени видно, что волна слегка огибает края пластинки.
По мере уменьшения размера пластинки, тень становится менее выраженной (рис. б). Когда же размер препятствия становится соизмеримым с длиной волны (рис в), то тени практически не образуется. В этом случае волна огибает препятствие.
Это явление огибания волной препятствия называется явлением дифракции.
Явление дифракции наблюдается и в случае, когда на пути волны встречается отверстие.
Когда размер отверстия становится соизмеримым с длиной падающей волны, явление дифракции проявляется наиболее ярко. В этом случае волна за отверстием становится кольцевой (рис. в).
Дифракция - одно из важнейших явлений, свойственных всякому волновому процессу. Подробно это явление будет рассмотрено нами в оптике, на примере световых волн.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Поперечные и продольные волны.
Следующая запись:Занятие 76. Интерференция волн, условия её возникновения.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .