Interferentsiya va diffraktsiya o'rtasidagi farq. Yorug'likning to'lqin xususiyatlari. Diffraktsiya. Interferentsiya. Dispersiya

Interferentsiya tebranishlarning qo'shilishi hisoblanadi. Interferensiya natijasida tebranishlar amplitudasi fazoning ayrim nuqtalarida ortadi, boshqalarida esa kamayadi. Doimiy interferentsiya sxemasi faqat qo'shilgan tebranishlar orasidagi farq doimiy bo'lganda kuzatiladi (ular izchil ). Ko'rinib turibdiki, bir xil chastotali tebranishlar kogerent bo'lishi mumkin. Shuning uchun interferensiya ko'pincha o'rganiladi monoxromatik ikkilanish.

Difraksiya-- to'lqinlarning xossasi bilan bog'liq bo'lgan hodisalarni to'siqlar atrofida egilish, ya'ni to'g'ri chiziqli tarqalishdan chetga chiqish deb ataladi.

O'ngdagi rasmda tovush to'lqinlarining devordagi teshikdan o'tgandan keyin yo'nalishini qanday o'zgartirishi ko'rsatilgan. Gyuygens printsipiga ko'ra, 1-5 hududlar sferik tovush to'lqinlarining ikkilamchi manbalariga aylanadi. Ko'rinib turibdiki, 1 va 5-maydonlardagi ikkilamchi manbalar to'lqinlarning to'siqlar atrofida egilishiga olib keladi.

30.1-savol

Tik turgan to'lqinlar. Doimiy to'lqin tenglamasi.

Agar muhitda bir nechta to'lqinlar tarqaladigan bo'lsa, u holda muhit zarrachalarining tebranishlari, agar to'lqinlarning har biri alohida tarqalsa, zarralar sodir bo'ladigan tebranishlarning geometrik yig'indisi bo'lib chiqadi. To'lqinlar bir-birining ustiga chiqadi Bir-biriga, bir-birini, o'zaro,bezovta qilmasdan(bir-birini buzmasdan). Bu shunday to'lqin superpozitsiyasi printsipi.

Agar fazoning istalgan nuqtasiga kelgan ikkita to'lqin doimiy fazalar farqiga ega bo'lsa, bunday to'lqinlar deyiladi izchil. Kogerent to'lqinlar qo'shilganda, a interferentsiya hodisasi.

Bir xil amplitudali ikkita qarama-qarshi tarqaladigan tekislik to'lqinlari qo'shilganda interferensiyaning juda muhim holati kuzatiladi. Olingan tebranish jarayoni deyiladi turgan to'lqin . Deyarli tik turgan to'lqinlar to'siqlardan aks etganda paydo bo'ladi.

Qarama-qarshi yo'nalishda tarqaladigan ikkita tekis to'lqin tenglamalarini yozamiz (boshlang'ich faza):

Faza ifodasi koordinatani o'z ichiga olmaydi, shuning uchun biz yozishimiz mumkin:

Muhitning tugunlarda joylashgan nuqtalari tebranmaydi.

Turuvchi to'lqinlarning paydo bo'lishi harakatlanuvchi va aks ettirilgan to'lqinlarning interferensiyasi paytida kuzatiladi. To'lqin aks ettirilgan chegarada, aks ettirish sodir bo'ladigan muhit kamroq zich bo'lsa, antinod olinadi (5.5-rasm, A), va tugun - zichroq bo'lsa (5.5-rasm, b).

Agar hisobga olsak sayohat to'lqini , keyin uning tarqalish yo'nalishi bo'yicha energiya uzatiladi tebranish harakati. Qachon yoki energiya uzatishning doimiy to'lqini yo'q , chunki bir xil amplitudali tushgan va aks ettirilgan to'lqinlar bir xil energiyani qarama-qarshi yo'nalishda olib yuradi.

32-savol

Ovoz to'lqinlari.

Ovoz(yoki akustik) to'lqinlar chastotalari 16-20000 Gts oralig'ida bo'lgan muhitda tarqaladigan elastik to'lqinlar deyiladi. Insonning eshitish tizimiga ta'sir qiluvchi bu chastotalarning to'lqinlari tovush hissini keltirib chiqaradi. To'lqinlar bilan n< 16 Гц (infrasonik) Va n> 20 kHz ( ultratovush) inson eshitish organlari tomonidan sezilmaydi.

Gazlar va suyuqliklardagi tovush to'lqinlari faqat uzunlamasına bo'lishi mumkin, chunki bu muhitlar faqat siqilish (kesish) deformatsiyalariga nisbatan elastikdir. Qattiq jismlarda tovush to'lqinlari bo'ylama va ko'ndalang bo'lishi mumkin, chunki qattiq jismlar siqilish (taranglik) va siljish deformatsiyalariga nisbatan elastiklikka ega.

Ovoz intensivligi(yoki tovush kuchi) tovush toʻlqini tomonidan toʻlqinning tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlgan birlik maydon boʻylab vaqt birligida uzatiladigan oʻrtacha vaqt energiyasi bilan aniqlanadigan miqdor:

Ovoz intensivligining SI birligi - kvadrat metr uchun vatt(Vt/m2).

Inson qulog'ining sezgirligi turli chastotalar uchun farq qiladi. Tovush hissi paydo bo'lishi uchun to'lqin ma'lum bir minimal intensivlikka ega bo'lishi kerak, ammo agar bu intensivlik ma'lum chegaradan oshsa, u holda ovoz eshitilmaydi va faqat og'riqli his-tuyg'ularni keltirib chiqaradi. Shunday qilib, har bir tebranish chastotasi uchun minimal bo'ladi (eshitish chegarasi) va eng buyuk (og'riq chegarasi) eshitish idrokini keltirib chiqarishga qodir bo'lgan tovush intensivligi. Shaklda. 223 eshitish va og'riq chegaralarining tovush chastotasiga bog'liqligini ko'rsatadi. Bu ikki egri chiziq orasida joylashgan maydon eshitish diapazoni.

Agar tovushning intensivligi to'lqin jarayonini ob'ektiv tavsiflovchi miqdor bo'lsa, u holda tovushning intensivligi bilan bog'liq sub'ektiv xarakteristikasi. ovoz balandligi, chastotaga qarab. Fiziologik Weber-Fechner qonuniga ko'ra, tovush intensivligi oshgani sayin, ovoz balandligi logarifmik ravishda ortadi. Shu asosda ovoz balandligini ob'ektiv baholash uning intensivligining o'lchangan qiymatiga asoslangan holda kiritiladi:

Qayerda I 0 - barcha tovushlar 10-12 Vt / m2 bo'lishi uchun qabul qilingan eshitish darajasida tovush intensivligi. Kattalik L chaqirdi tovush intensivligi darajasi va bellarda ifodalanadi (Bell telefoni ixtirochisi sharafiga). Odatda ular 10 baravar kichikroq birliklardan foydalanadilar - desibel(dB).

Ovozning fiziologik xususiyati shundan iborat tovush darajasi da ifodalangan fonlar(fon). 1000 Gts chastotada tovush balandligi (standart sof ohangning chastotasi), agar uning intensivligi darajasi 1 dB bo'lsa, 1 fonni tashkil qiladi. Masalan, yuqori tezlikdagi metro vagonidagi shovqin »90 vonga, 1 m masofadagi shivirlash esa »20 vonga to'g'ri keladi.

Haqiqiy tovush - bu katta chastotalar to'plamiga ega bo'lgan garmonik tebranishlarning superpozitsiyasi, ya'ni tovush akustik spektr bo'lishi mumkin qattiq(ma'lum bir oraliqda barcha chastotalarning tebranishlari mavjud) va hukmronlik qilgan(bir-biridan ajratilgan ma'lum chastotalarning tebranishlari mavjud).

Ovoz balandligidan tashqari, tovush balandligi va tembri bilan tavsiflanadi. Pitch- odam tomonidan sub'ektiv ravishda quloq tomonidan va tovush chastotasiga qarab belgilanadigan ovoz sifati. Chastotaning ortishi bilan tovush balandligi ortadi, ya'ni ovoz "yuqori" bo'ladi. Akustik spektrning tabiati va energiyaning ma'lum chastotalar o'rtasida taqsimlanishi tovush hissiyotining o'ziga xosligini belgilaydi. tovush tembri. Shunday qilib, bir xil notada ijro etuvchi turli qo'shiqchilar turli xil akustik spektrga ega, ya'ni ularning ovozlari turli xil tembrga ega.

Tovush manbai elastik muhitda tovush chastotasi bilan tebranuvchi har qanday jism boʻlishi mumkin (masalan, torli cholgʻu asboblarida tovush manbai cholgʻu korpusiga tutashgan tordir).

Tebranish orqali tana bir xil chastotali muhitning qo'shni zarrachalarining tebranishlarini keltirib chiqaradi. Tebranish harakati holati jismdan tobora uzoqlashib borayotgan muhit zarralariga ketma-ket uzatiladi, ya'ni to'lqin muhitda tebranish chastotasi o'z manbasining chastotasiga teng va zichligiga qarab ma'lum tezlikda tarqaladi. va muhitning elastik xususiyatlari. Gazlarda tovush to'lqinlarining tarqalish tezligi formula bo'yicha hisoblanadi

Qayerda R- molar gaz doimiysi, M - molyar massa, g=S r/S V - doimiy bosim va hajmdagi gazning molyar issiqlik sig'imlarining nisbati, T - termodinamik harorat. (158.1) formuladan gazdagi tovush tezligi bosimga bog'liq emasligi kelib chiqadi R gaz, lekin harorat oshishi bilan ortadi. Gazning molyar massasi qanchalik katta bo'lsa, tovush tezligi shunchalik past bo'ladi. Masalan, qachon T=273 K tovushning havodagi tezligi ( M=29×10 –3 kg/mol) v=331 m/s, vodorodda ( M=2×10 –3 kg/mol) v=1260 m/s. Ifoda (158.1) eksperimental ma'lumotlarga mos keladi.

Atmosferada tovushni tarqatishda bir qator omillarni hisobga olish kerak: shamol tezligi va yo'nalishi, havo namligi, gaz muhitining molekulyar tuzilishi, ikki muhit chegarasida tovushning sinishi va aks etishi hodisalari. Bundan tashqari, har qanday haqiqiy muhit viskoziteye ega, shuning uchun tovushning susayishi kuzatiladi, ya'ni uning amplitudasining pasayishi va natijada ovoz to'lqinining tarqalish intensivligi. Tovushning zaiflashishi ko'p jihatdan uning muhitda yutilishi bilan bog'liq bo'lib, tovush energiyasining boshqa energiya turlariga (asosan issiqlik) qaytarilmas o'tishi bilan bog'liq.

Xona akustikasi uchun bu katta ahamiyatga ega tovush reverberatsiyasi- uning manbasini o'chirgandan so'ng, yopiq joylarda tovushning bosqichma-bosqich susayishi jarayoni. Agar xonalar bo'sh bo'lsa, unda tovush asta-sekin o'chib ketadi va xonaning "boomness" yaratiladi. Agar tovushlar tezda so'nib qolsa (tovushni yutuvchi materiallardan foydalanilganda), ular bo'g'iq sifatida qabul qilinadi. Reverberatsiya vaqti- bu xonadagi tovush intensivligi million marta, uning darajasi esa 60 dB ga zaiflashgan vaqt. Reverberatsiya vaqti 0,5-1,5 s bo'lsa, xona yaxshi akustikaga ega.

32.1-savol

Pitch
Ovoz balandligidan tashqari, tovush balandligi bilan tavsiflanadi. Tovushning balandligi uning chastotasi bilan belgilanadi: tovush to'lqinidagi tebranish chastotasi qanchalik baland bo'lsa, tovush shunchalik baland bo'ladi. Past chastotali tebranishlar past tovushlarga, yuqori chastotali tebranishlar yuqori tovushlarga mos keladi.

Shunday qilib, masalan, ari qanotlarini chivinga qaraganda pastroq chastota bilan qoqib qo'yadi: bumblebee uchun bu soniyada 220 urish, chivin uchun esa 500-600. Binobarin, ari uchishi past ovoz (guv-shuv), chivin uchishi esa baland ovoz (chirillash) bilan birga keladi.

Muayyan chastotadagi tovush to'lqini aks holda musiqiy ohang deb ataladi, shuning uchun tovushning balandligi ko'pincha balandlik deb ataladi.

Asosiy ohang boshqa chastotalarning bir nechta tebranishlari bilan aralashib, musiqiy tovushni hosil qiladi. Misol uchun, skripka va pianino tovushlari 15-20 tagacha turli tebranishlarni o'z ichiga olishi mumkin. Har bir murakkab tovushning tarkibi uning tembrini belgilaydi.

Ipning erkin tebranishlarining chastotasi uning o'lchamiga va tarangligiga bog'liq. Shuning uchun, gitara torlarini qoziqlar yordamida cho'zish va ularni turli joylarda gitara bo'yniga bosib, biz ularning tabiiy chastotasini va shuning uchun ular chiqaradigan tovushlarning balandligini o'zgartiramiz.

Ovozni idrok etishning tabiati ko'p jihatdan nutq yoki musiqa eshitiladigan xonaning tartibiga bog'liq. Bu yopiq joylarda tinglovchining to'g'ridan-to'g'ri tovushdan tashqari, xonadagi, devorlardagi, shiftdagi va poldagi ob'ektlardan tovushning ko'p marta aks etishi natijasida yuzaga keladigan tez ketma-ket takrorlanishlarning uzluksiz ketma-ketligini idrok etishi bilan izohlanadi.

32.2-savol

Ovoz kuchi

Ovoz kuchi(nisbiy) - tovush intensivligiga o'xshash, lekin bir xil bo'lmagan miqdorni tavsiflovchi eskirgan atama. Biz yorug'lik intensivligi (birlik - kandela) uchun taxminan bir xil holatni kuzatamiz - radiatsiya intensivligiga o'xshash qiymat (birlik - steradian uchun vatt).

Ovoz intensivligi 1 kHz sinusoidal signal chastotasi va 20 mPa tovush bosimida 1 pVt/m² tovush intensivligiga mos keladigan chegara qiymatidan nisbiy shkalada o'lchanadi. Ushbu ta'rifni yorug'lik intensivligi birligining ta'rifi bilan solishtiring: "kandela ma'lum bir yo'nalishda monoxromatik manba tomonidan chiqarilgan yorug'lik intensivligiga teng, radiatsiya chastotasi 540 THz va bu yo'nalishdagi nurlanish intensivligi 1/ 683 Vt/sr.”

Hozirda muddat "ovoz kuchi" atamasi bilan almashtiriladi "ovoz balandligi darajasi"

ostida yorug'likning interferentsiyasi yorug'lik to'lqinlarining qo'shilishini tushunish, buning natijasida ularning kuchayishi va zaiflashuvining barqaror namunasi hosil bo'ladi. Yorug'likning interferensiyasini olish uchun ma'lum shartlarga rioya qilish kerak.

Muhitda tarqaladigan to'lqinlarning qo'shilishi aniqlanadi kosmosning turli nuqtalarida mos keladigan tebranishlarni qo'shish orqali. Elektromagnit to'lqinlarni qo'shishning eng oddiy holati ularning chastotalari bir xil bo'lganda va elektr vektorlarining yo'nalishlari mos kelganda kuzatiladi.

Bunday holda, elektr maydon kuchining amplitudasi uchun:

bu erda Dph - to'lqinlar (tebranishlar) shartlarining fazalar farqi.

Yorug'lik manbalarining turiga qarab, to'lqin qo'shilishi natijasi tubdan farq qilishi mumkin.

Keling, oddiy yorug'lik manbalaridan (chiroq, olov, Quyosh va boshqalar) keladigan to'lqinlarning qo'shilishini ko'rib chiqaylik. Har bir bunday manba juda ko'p sonli atomlar to'plamini ifodalaydi. Alohida atom taxminan 10-8 soniya davomida elektromagnit to'lqin chiqaradi va nurlanish tasodifiy hodisadir, shuning uchun fazalar farqi Dph tasodifiy qiymatlarni oladi. Bunday holda, barcha atomlarning nurlanishiga nisbatan cosDF ning o'rtacha qiymati nolga teng. (1) o'rniga biz ikkita oddiy yorug'lik manbasidan keladigan ikkita to'lqin qo'shilgan kosmosdagi nuqtalar uchun o'rtacha tenglikni olamiz:

To'lqinning intensivligi amplituda kvadratiga proportsional bo'lganligi sababli, (2) dan I1 intensivliklarni qo'shish sharti mavjud. va I2 to'lqinlar:

I = I1 + I2 (3)

Bu shuni anglatadiki, ikkita (yoki undan ortiq) oddiy yorug'lik manbalaridan chiqadigan nurlanish intensivligi uchun juda oddiy qo'shilish qoidasi bajariladi: umumiy nurlanishning intensivligi komponent to'lqinlarining intensivligi yig'indisiga teng. Bu kundalik amaliyotda kuzatiladi: ikkita chiroqning yorug'ligi har bir chiroq tomonidan alohida yaratilgan yorug'lik yig'indisiga teng.

Vaqt o'tishi bilan Dph doimiy bo'lib qolsa, yorug'lik interferensiyasi yuzaga keladi. Olingan to'lqinning intensivligi qiymatlarni oladi eng kam ba'zilarigacha maksimal.

Yorug'likning interferensiyasi turli nuqtalarda komponent to'lqinlari uchun Dph vaqt o'zgarmas faza farqini ta'minlaydigan izchil, kogerent manbalardan kelib chiqadi. Ushbu shartga javob beradigan to'lqinlar deyiladi izchil.

Interferentsiyani bir xil chastotali ikkita sinus to'lqinidan amalga oshirish mumkin edi, lekin amalda bunday yorug'lik to'lqinlarini yaratish mumkin emas, shuning uchun kogerent to'lqinlar manbadan keladigan yorug'lik to'lqinini "bo'lish" orqali olinadi.

To'lqinning geometrik yo'li va muhitning sinishi ko'rsatkichining mahsuloti, ya'ni xn. , chaqirdi optik yo'l uzunligi, va bu yo'llar orasidagi farq

d = x 1 n 1 - x 2 n 2 (4)

- optik to'lqin yo'li farqi.

Interferentsiya qiluvchi to'lqinlarning fazalar farqi va optik yo'l farqi o'rtasidagi bog'liqlik:

Tebranishlar va munosabatni qo'shish qonunlaridan foydalanib (5) olamiz maksimal sharoitlarVaeng kam shovqin paytida yorug'lik intensivligi - mos ravishda:

(daq)

bu yerda k = 0, 1, 2, ….

Shunday qilib, maksimal interferentsiya paytida, optik yo'l farqi to'lqinlarning butun soniga (yarim to'lqinlarning juft soni) teng bo'lgan nuqtalarda kuzatiladi; eng kam - optik yo'l farqi yarim to'lqinlarning toq soniga teng bo'lgan nuqtalarda.

Yorug'lik interferensiyasi ishlatiladi interferometrlar- yuqori aniqlikdagi to'lqin uzunliklarini, qisqa masofalarni, moddalarning sinishi ko'rsatkichlarini o'lchash va optik sirtlarning sifatini aniqlash uchun asboblar.

Shaklda. 1 sxematik diagrammani ko'rsatadi interferometr Mishelson, ikki nurli guruhga tegishli. chunki undagi yorug'lik to'lqini ikkiga bo'linadi va uning ikkala qismi boshqa yo'ldan o'tib, aralashadi.

Nur 1 S manbadan kelgan monoxromatik yorug'lik 45° burchak ostida tekislik-parallel shisha plastinka A ga tushadi, uning orqa yuzasi shaffof, chunki u juda yupqa kumush qatlami bilan qoplangan. O nuqtada bu nur ikki nurga bo'linadi 2 va 3, ularning intensivligi taxminan bir xil.

Nur 2 I oynaga yetib boradi , aks ettiriladi, A plitasida sinadi va qisman plastinkadan chiqadi - nur 2". O nuqtadan 3-nur oynaga boradi II, aks ettiriladi, A plastinkasiga qaytadi, u erda qisman aks ettirilgan - nur 3". 2" va 3" nurlar. , kuzatuvchining ko'ziga tushish, izchil, ularning aralashuvi qayd etilishi mumkin.

Odatda I va II oynalarni aks ettiradi shunday joylashtirilganki, 2 va 3-nurlar divergentsiyadan uchrashishgacha bir xil uzunlikdagi yo'llar bo'ylab harakatlanadi. Yo'llarning optik uzunligini bir xil qilish uchun 3-nurning yo'liga shaffof B plitasi o'rnatiladi, A ga o'xshash, 2-nur orqali o'tgan ikkita yo'lni qoplash uchun orqali plastinka A. Bunday holda, maksimal shovqin kuzatiladi.

Agar oynalardan biri l/4 masofaga harakatlansa, u holda nurlar yo'lidagi farq l/2 ga aylanadi , minimalga to'g'ri keladi, interferentsiya sxemasi 0,5 chekkaga siljiydi.

Agar oyna asl holatidan uzoqqa ko'chirilgan bo'lsa

l /2, u holda interferentsion nurlarning optik yo'l farqi l ga o'zgaradi, maksimalga to'g'ri keladigan bo'lsa, interferentsiya sxemasi butun tarmoqqa siljiydi. Oynaning harakati va interferentsiya naqshining o'zgarishi o'rtasidagi bu munosabat to'lqin uzunligini oynaning harakati va aksincha, to'lqin uzunligi bo'ylab harakatlanishi bilan o'lchash imkonini beradi.

Sinishi indeksini o'lchash uchun Mishelson interferometri ishlatiladi. Nurlar yo'lida 2 va 3, bir xil kyuvetalar K o'rnatilgan (1-rasmda kesik chiziqlar bilan ko'rsatilgan), ulardan biri sindirish ko'rsatkichi n1, ikkinchisi esa n2 bilan to'ldirilgan.

Interferentsiya refraktometri (sindirish ko'rsatkichini o'lchash uchun moslashtirilgan interferometr) oltinchi kasrdagi sinishi ko'rsatkichidagi o'zgarishlarni qayd etishga qodir.

Zararli gazlar tarkibini aniqlash uchun, xususan, sanitariya-gigiyenik maqsadlarda interferentsion refraktometr qo'llaniladi.

Interferometr yordamida Mishelson yorug'lik tezligining Yer harakatidan mustaqilligini isbotladi, bu maxsus nisbiylik nazariyasini yaratishga hissa qo'shgan eksperimental faktlardan biri edi.

Ikki nurli interferometr va mikroskopning kombinatsiyasi deyiladi interferentsion mikroskop, biologiyada shaffof mikroob'ektlarning sinishi indeksini, quruq moddalar kontsentratsiyasini va qalinligini o'lchash uchun ishlatiladi (2-rasm).

Yorug'lik nuri, interferometrdagi kabi, A nuqtada ikkiga bo'linadi, bitta nur M shaffof mikroob'ektdan o'tadi. , ikkinchisi esa undan tashqarida. D nuqtasida nurlar bog'lanadi va interferensiya natijasi o'lchanadigan parametrni baholash uchun ishlatiladi;

Yorug'likning diffraksiyasi yorug'likning keskin bir jinsli bo'lmagan muhitda to'g'ri chiziqli tarqalishidan og'ish hodisasi deb ataladi. Diffraktsiyani kuzatish imkoniyati, xususan, to'lqin uzunligining nisbati va bir xillik almashinuviga bog'liq. Muayyan darajadagi konventsiya bilan sferik to'lqinlarning difraksiyasi (Fresnel difraksiyasi) va tekis-parallel to'lqinlarning difraksiyasi (Fraungofer diffraktsiyasi) o'rtasida farqlanadi. Ikkilamchi to'lqinlarning interferensiyasini hisobga olgan holda diffraktsiya naqshining tavsifi mumkin.

Yorug'lik diffraktsiyasini tushuntirish va taxminiy hisoblash yordamida amalga oshirilishi mumkin Gyuygens printsipi- Fresnel.

Gyuygensning fikricha, to'lqin yuzasidagi har bir nuqta , to'lqin hozirgi vaqtda yetib kelgan elementar ikkilamchi to'lqinlarning markazidir , ularning tashqi konverti vaqtning keyingi momentida to'lqin yuzasi bo'ladi (3-rasm); S1 va S2 mos ravishda t1 va t2 momentlarida to'lqin sirtlari.

Frennel Gyuygensning bu pozitsiyasini ikkilamchi to'lqinlarning kogerentligi va ularning interferensiyasi g'oyasini kiritish orqali to'ldirdi. Ushbu umumlashtirilgan shaklda bu fikrlar deyiladi Gyuygens printsipi- Fresnel.

Keling, ko'rib chiqaylik parallel nurlardagi tirqishlar bilan diffraktsiya(4-rasm) .

Monoxromatik yorug'likning tekis-parallel dastasi MN yassi shaffof bo'lmagan to'siqda joylashgan uzun tor tirqishga normal tushadi. AB = a - teshik kengligi; L - konverging linzalari, uning fokus tekisligida E ekrani joylashgan diffraktsiya naqshini kuzatish.

Agar diffraktsiya bo'lmasa, u holda tirqishdan o'tadigan yorug'lik nurlari O nuqtaga qaratilgan bo'lar edi, linzaning asosiy optik o'qi ustida yotgan. Yorug'likning yoriq bilan diffraksiyasi hodisani sezilarli darajada o'zgartiradi.

Biz yorug'lik nurlarining barcha nurlari bitta uzoq manbadan keladi va shuning uchun kogerentdir deb faraz qilamiz. AB to'lqin sirtining bir qismi mavjud bo'lib, uning har bir nuqtasi yoriq orqasida barcha mumkin bo'lgan yo'nalishlarda tarqaladigan ikkilamchi to'lqinlarning markazidir. Bu ikkilamchi to'lqinlarning barchasini tasvirlab bo'lmaydi, shuning uchun rasmda. Faqat tushayotgan nurning yo'nalishiga a burchak ostida va panjaraga normal tarqaladigan ikkilamchi to'lqinlar ko'rsatilgan. Ob'ektiv bu to'lqinlarni ekranning O" nuqtasida to'playdi, bu erda ularning interferensiyasi kuzatiladi. (O nuqtaning holati burchak ostida chizilgan linzaning CO ikkilamchi o'qining fokus tekisligi bilan kesishishi sifatida olinadi. a)

Ikkilamchi to'lqinlarning interferensiyasi natijasini bilish uchun quyidagi konstruktsiyalarni qilamiz. Ikkilamchi to'lqinlar nurining yo'nalishiga perpendikulyar AD chizamiz. Barcha ikkilamchi to'lqinlarning AD dan O ga optik yo'llari bir xil bo'ladi, chunki linzalar ular o'rtasida qo'shimcha fazalar farqini kiritmaydi, shuning uchun ikkilamchi to'lqinlarda hosil bo'lgan yo'l farqi

AD O nuqtada saqlanib qoladi."

BD ni l/2 ga teng segmentlarga ajratamiz. 4-rasmda ko'rsatilgan holatda uchta shunday segment olinadi: | BB 2 | = |B 2 B 1 | = |B 1 D| = l/2. B 2 va B 1 nuqtalardan chizish AO ga parallel to'g'ri chiziqlar, AB ni bo'linadi Fresnel zonalariga teng: | AA 1 | = |A 1 A 2 | = |A 2 B|. Bir Fresnel zonasining istalgan nuqtasidan keladigan har qanday ikkilamchi to'lqin uchun qo'shni zonalarda mos keladigan ikkilamchi to'lqinlar topilishi mumkin, ular orasidagi yo'l farqi l/2 bo'ladi. . Masalan, A 2 nuqtadan keladigan ikkilamchi to'lqin tanlangan yo'nalishda O" nuqtagacha bo'lgan masofa A1 nuqtadan keladigan to'lqindan l/2 kattaroqdir va hokazo. Shunday qilib, Ikki qo'shni Fresnel zonasidan keladigan ikkilamchi to'lqinlar bir-birini bekor qiladi, chunki ular faza bo'yicha p ga farq qiladi.

Yoriqlarga mos keladigan zonalar soni to'lqin uzunligi l ga bog'liq va burchak a. Agar bo'shliq AB bo'lsa qurilish vaqtida toq sonli Fresnel zonalariga va BD ga bo'linishi mumkin - l/2 ga teng segmentlarning toq soni uchun , keyin O nuqtada u kuzatiladi maksimal intensivlik Sveta:

VD = a sin a = ± (2k + 1)(l/2); k = 1,2, ... . (7)

a = 0 burchagiga mos keladigan yo'nalish ham maksimalga mos keladi, chunki barcha ikkilamchi to'lqinlar bir xil fazada O ga keladi.

Agar bo'shliq AB bo'lsa juft sonli Frenel zonalariga boʻlinishi mumkinligi kuzatiladi minimal intensivlik Sveta:

a sin a = ± 2k (l/2) = ± k l; k = 1, 2, ... . (8)

Shunday qilib, ekranda E yorug'lik (maksimal) va quyuq (minimal) chiziqlar tizimi olinadi, ularning markazlari (7) va (8) shartlarga mos keladi, nosimmetrik ravishda markazning chap va o'ng tomonida joylashgan (a = 0), eng yorqin, chiziq. Qolgan maksimalning I intensivligi markaziy maksimaldan masofa bilan tez kamayadi (5-rasm).

Agar yoriq oq yorug'lik bilan yoritilgan bo'lsa, u holda E ekranida rangli chiziqlar tizimi hosil bo'ladi, chunki a = 0 da barcha to'lqin uzunliklarining yorug'ligi kuchayadi.

Yorug'likning difraksiyasi, interferensiya kabi, kosmosda elektromagnit to'lqinlar energiyasini qayta taqsimlash bilan bog'liq. Shu ma'noda, shaffof bo'lmagan ekrandagi uyasi nafaqat yorug'lik oqimini cheklaydigan tizim, balki bu oqimning kosmosdagi qayta tarqatuvchisi.

Difraksion panjara - ko'p sonli parallel, odatda bir xil masofada joylashgan, yoriqlar yig'indisi bo'lgan optik qurilma. Shisha plastinkaga shaffof bo'lmagan tirnalishlar (chiziqlar) qo'llash orqali diffraktsiya panjarasini olish mumkin. Chizilmagan joylar - yoriqlar - yorug'likdan o'tadi; tirqishlar orasidagi bo'shliqqa mos keladigan zarbalar tarqaladi va yorug'likni o'tkazmaydi. Yoriqning umumiy kengligi a va bo'shliq b yoriqlar orasi deyiladi doimiy yoki diffraktsiya panjarasining davri:

c = a+ b (9)

Agar kogerent to'lqinlar dastasi panjara ustiga tushsa, u holda barcha mumkin bo'lgan yo'nalishlarda harakatlanadigan ikkilamchi to'lqinlar aralashib, diffraktsiya naqshini hosil qiladi.

Kogerent to'lqinlarning tekis-parallel nurlari panjara ustiga normal tushsin (6-rasm). Ikkilamchi to'lqinlarning ma'lum bir yo'nalishini panjara uchun normalga nisbatan a burchak ostida tanlaymiz. Ikki qo'shni tirqishning chekka nuqtalaridan kelayotgan nurlar yo'l farqi d = A "V" ga ega. Xuddi shu yo'l farqi qo'shni tirqishlarning mos ravishda joylashgan juft nuqtalaridan keladigan ikkilamchi to'lqinlar uchun bo'ladi. Agar bu yo'l farqi to'lqin uzunliklarining butun sonining ko'paytmasi bo'lsa, interferensiya sabab bo'ladi asosiy maksimal, buning uchun A"B" = ± k l sharti bajariladi , yoki

c sin a = ± k l (10)

bu yerda k=0,1,2, ... - asosiy maksimallarning tartibi . Ular markaziyga nisbatan nosimmetrik tarzda joylashgan (k = 0, a = 0). Tenglik (10) hisoblanadi difraksion panjaraning asosiy formulasi.

Golografiya - interferensiya va diffraktsiyaga asoslangan tasvirni yozib olish va qayta qurish usuli.

Suratga olishda ob'ekt tomonidan aks ettirilgan yorug'lik to'lqinlarining intensivligi plyonkaga yozib olinadi. Bu holda tasvir qorong'u va engil nuqtalar to'plamidir. Tarqalgan to'lqinlarning fazalari qayd etilmaydi va shu bilan ob'ekt haqidagi ma'lumotlarning muhim qismi yo'qoladi.

Golografiya ob'ekt tomonidan tarqalgan to'lqinlarning amplitudalari va fazalarini hisobga olgan holda ob'ekt haqida to'liqroq ma'lumotni yozib olish va ko'paytirish imkonini beradi. To'lqin aralashuvi tufayli fazani ro'yxatga olish mumkin. Shu maqsadda yorug'lik o'rnatuvchi yuzaga ikkita kogerent to'lqin yuboriladi: qo'llab-quvvatlovchi, to'g'ridan-to'g'ri yorug'lik manbasidan yoki yordamchi qurilmalar sifatida ishlatiladigan nometalldan keladigan va signalizatsiya, mos yozuvlar to'lqinining bir qismi ob'ekt tomonidan tarqalganda (aks etilganda) paydo bo'ladi va u haqida tegishli ma'lumotlarni o'z ichiga oladi.

Gnal va mos yozuvlar to'lqinlarining qo'shilishi natijasida hosil bo'lgan va fotosensitiv plastinkada qayd etilgan interferentsiya naqshlari deyiladi. gologramma. Tasvirni tiklash uchun gologramma bir xil mos yozuvlar to'lqini bilan yoritiladi.

Shaklda. 7-rasmda tekis to'lqinning gologrammasi ko'rsatilgan. Bunda gologrammada a1 burchak ostida tushgan tekis signal I to'lqini qayd etiladi fotografik plastinkada F .

Yo'naltiruvchi to'lqin II normal tushadi, shuning uchun uning fazasi bir vaqtning o'zida fotografiya plitasining barcha nuqtalarida bir xil bo'ladi. Signal to'lqinining fazalari uning qiyshiq tushishi tufayli fotosensitiv qatlamning turli nuqtalarida har xil bo'ladi. Bundan kelib chiqadiki, mos yozuvlar va signal to'lqinlarining nurlari o'rtasidagi fazalar farqi ushbu nurlarning fotoplastinkadagi uchrashish joyiga bog'liq va interferentsiya maksimal va minimal shartlariga ko'ra, hosil bo'lgan gologramma qorong'u va yorug'likdan iborat bo'ladi. chiziqlar.

Tasvirni tiklashda siz mos yozuvlar to'lqinining uzunligini o'zgartirishingiz mumkin. Masalan, ko'rinmas elektromagnit to'lqinlar (ultrabinafsha, infraqizil va rentgen nurlari) tomonidan hosil qilingan gologramma ko'rinadigan yorug'lik bilan tiklanishi mumkin. Elektromagnit to'lqinlarning jismlar tomonidan aks etishi va yutilishi shartlari, xususan, to'lqin uzunligiga bog'liq bo'lganligi sababli, golografiyaning bu xususiyati uni usul sifatida ishlatishga imkon beradi. intravision,yokiintroskopiya ( optik jihatdan shaffof bo'lmagan jismlardagi ob'ektlar, hodisalar va jarayonlarni vizual kuzatish va muhitlarda, shuningdek yomon ko'rish sharoitida).

Ultrasonik golografiya bilan bog'liq holda, ayniqsa qiziqarli va muhim istiqbollar ochilmoqda. Ultrasonik mexanik to'lqinlarda gologramma olgandan so'ng, uni ko'rinadigan yorug'lik bilan tiklash mumkin. Kelajakda ultratovushli gologramma tibbiyotda diagnostik maqsadlarda insonning ichki organlarini tekshirish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu usulning ko'proq ma'lumot mazmunini va rentgen nurlanishi bilan solishtirganda ultratovushning sezilarli darajada kamroq zararini hisobga olsak, kelajakda ultratovushli gologramma introskopiya an'anaviy rentgen diagnostikasi o'rnini egallashini kutish mumkin.

Golografiyaning yana bir biotibbiy qo'llanilishi golografik mikroskopni o'z ichiga oladi. Gologramma mikroskopni qurishning birinchi usullaridan biri, agar tekis mos yozuvlar to'lqini bilan yozilgan gologramma bir-biridan ajralib chiqadigan sferik to'lqin bilan yoritilgan bo'lsa, ob'ekt tasvirini kattalashtirishga asoslangan.

Golografiyaning rivojlanishiga rangli golografiya usulini yaratgan sovet fizigi N. Denisyuk hissa qo'shdi.

Endi golografiyadan foydalanishning barcha imkoniyatlarini baholash qiyin: kino, televizor, saqlash moslamalari va boshqalar.Golografiya 20-asrning eng buyuk ixtirolaridan biri ekanligiga shubha yo'q.

To'lqinlarning interferentsiyasi va diffraksiyasi. Doppler effekti.

Bir vaqtning o'zida bir nechta to'lqinlar tarqalsa, muhit zarralarining siljishi, agar har bir to'lqin alohida tarqalsa, sodir bo'ladigan siljishlarning vektor yig'indisi hisoblanadi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, to'lqinlar bir-birini buzmasdan bir-birining ustiga tushadi. Bu eksperimental haqiqat Leonardo da Vinchiga ma'lum bo'lib, u turli manbalardan suv ustidagi to'lqinlar doiralari bir-biridan o'tib, hech qanday o'zgarishsiz yanada kengayib borishini payqadi. Bir nechta to'lqinlarning mustaqil tarqalishi haqidagi bayonot to'lqin harakati uchun superpozitsiya printsipi deb ataladi. Bunday to'lqinlarning superpozitsiyasi natijasida fazoda vaqti-vaqti bilan o'zgarib turadigan amplitudali deyarli sinusoidal to'lqin olinadi. Bunday to'lqinning "tasviri" bir-birining ortidan ergashadigan to'lqinlar guruhlariga o'xshaydi va to'lqinning har qanday sobit nuqtadagi tebranishi zarba xarakteriga ega.

Kogerent to'lqinlar.

Kogerent to'lqinlar, izchil manbalardan to'lqinlar qo'shilishi alohida qiziqish uyg'otadi. Kogerent to'lqinlarning eng oddiy misoli doimiy fazalar farqiga ega bo'lgan bir xil chastotali monoxromatik to'lqinlardir. Haqiqiy monoxromatik to'lqinlar uchun doimiy fazalar farqiga bo'lgan talab keraksiz bo'ladi, chunki ular fazoda va vaqt ichida cheksiz kengaytirilgan va bir xil chastotadagi ikkita bunday to'lqin doimo doimiy fazalar farqiga ega. Ammo haqiqiy to'lqin jarayonlari, hatto monoxromatikga yaqin bo'lganlar ham, har doim cheklangan hajmga ega. Sinus to'lqinlar segmentlarining ketma-ketligi bo'lgan bunday kvazimonoxromatik to'lqinlar kogerent bo'lishi uchun doimiy fazalar farqi talabi majburiydir. To'g'ri aytganda, to'lqin kogerentligi tushunchasi yuqorida tavsiflanganidan ko'ra murakkabroq. Biz buni optikani o'rganayotganda batafsilroq bilib olamiz, bu to'lqinlarning tebranishlari har bir nuqtada statsionar bo'lib, tebranishlar vaqtga bog'liq emas. Albatta, tebranish amplitudalari turli nuqtalarda farqlanadi, masalan, bir-biridan uzoqda joylashgan ikkita kogerent manba sferik to'lqinlarni hosil qiladi, ularning interferensiyasi nuqtada kuzatiladi (201-rasm). Guruch. 201. Ikki nuqta manbadan to'lqinlarning interferentsiyasi tomon

Agar manbalardan kuzatish nuqtasigacha bo'lgan masofalar manbalar orasidagi masofaga nisbatan katta bo'lsa, u holda kuzatish nuqtasidagi ikkala to'lqinning amplitudalari deyarli bir xil bo'ladi. Kuzatish joyida bu to'lqinlar keltirib chiqaradigan muhitdagi nuqtalarning siljish yo'nalishlari ham bir xil bo'ladi. Agar manbalar bir xil fazada tebransa, u holda nuqtadagi to'lqinlarning fazalar farqi faqat to'lqinlarning manbalardan kuzatish nuqtasigacha bo'lgan yo'lidagi farqga bog'liq. Agar bu yo'l farqi to'lqin uzunliklarining butun soniga teng bo'lsa, u holda to'lqinlar fazaning bir nuqtasiga etib boradi va qo'shib, ikki barobar amplitudali tebranish beradi. Agar yo'l farqi yarim to'lqinlarning toq soniga teng bo'lsa, u holda to'lqinlar antifazada P nuqtasiga etib boradi va bir-birini "bekor qiladi", hosil bo'lgan tebranishning amplitudasi nolga teng. Yo'l farqining oraliq qiymatlari uchun kuzatuv nuqtasidagi tebranishlar amplitudasi ko'rsatilgan cheklovchi holatlar orasidagi intervalda ma'lum bir qiymatni oladi. Muhitning har bir nuqtasi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan tebranish amplitudasining ma'lum bir qiymati bilan tavsiflanadi. Ushbu amplitudalarning kosmosda taqsimlanishi interferensiya deb ataladi va tebranishning ba'zi joylarida to'lqinlarning shovqini pasayishi va boshqa joylarda kuchayishi, umuman olganda, tebranish energiyasining hech qanday o'zgarishi bilan bog'liq emas. Ikki to'lqinning tebranishlari bir-birini bekor qiladigan nuqtalarda to'lqinlarning energiyasi hech qanday tarzda boshqa shakllarga, masalan, issiqlikka aylantirilmaydi. Bularning barchasi kosmosdagi energiya oqimining qayta taqsimlanishiga to'g'ri keladi, shuning uchun ba'zi joylarda tebranish energiyasining minimallari energiyaning saqlanish qonuniga to'liq mos keladigan maksimallar bilan qoplanadi , ikkita mustaqil izchil manbaga ega bo'lish shart emas. Dastlabki to'lqin bilan kogerent bo'lgan ikkinchi to'lqinni to'lqinlar tarqaladigan muhit chegarasidan dastlabki to'lqinning aks etishi natijasida olish mumkin. Bunday holda, hodisa va aks ettirilgan to'lqinlar aralashadi.

Tik turgan to'lqin.

Agar tekis monoxromatik to'lqin ikki muhit orasidagi tekis interfeysga normal tushsa, u holda chegaradan aks etish natijasida qarama-qarshi yo'nalishda tarqaladigan tekis to'lqin ham paydo bo'ladi. Xuddi shunday hodisa ipda tarqalayotgan to'lqin ipning qo'zg'almas yoki erkin uchidan aks etganda sodir bo'ladi. Voqea sodir bo'lgan va aks ettirilgan to'lqinlarning amplitudalari teng bo'lsa, interferensiya natijasida doimiy to'lqin hosil bo'ladi. Doimiy to'lqinda, odatda to'lqinlarning aralashuvida bo'lgani kabi, muhitning har bir nuqtasi ma'lum bir amplitudali garmonik tebranishlarni amalga oshiradi, bu harakatlanuvchi to'lqindan farqli o'laroq, muhitning turli nuqtalarida har xil qiymatlarga ega ( 202-rasm).

Ipning tebranish amplitudasi maksimal bo'lgan nuqtalar turgan to'lqin antinodlari deyiladi. Tebranish amplitudasi nolga teng bo'lgan nuqtalar tugunlar deyiladi. Qo'shni tugunlar orasidagi masofa harakatlanuvchi to'lqin uzunligining yarmiga teng. Turuvchi to'lqin amplitudasining grafigi shaklda ko'rsatilgan. 202. Xuddi shu rasmda chiziqning ma'lum bir momentdagi o'rnini ko'rsatadigan har qanday ikkita eng yaqin tugun o'rtasida joylashgan ipning barcha nuqtalarining tebranishlari bir xil fazada sodir bo'ladi. Tugunning qarama-qarshi tomonlarida joylashgan ip nuqtalarining tebranishlari antifazada sodir bo'ladi. Turg'un to'lqindagi faza munosabatlari rasmda aniq ko'rinadi. 202. Ipning erkin uchidan aks etishda paydo bo'ladigan turg'un to'lqin ham xuddi shunday tarzda ko'rib chiqiladi.

Turg'un to'lqin va mayatnik.

Turg'un to'lqinning tugunlarida joylashgan ip zarralari umuman harakat qilmaydi. Shuning uchun tugun nuqtalari orqali energiya o'tkazilmaydi. Doimiy to'lqin mohiyatan endi to'lqin harakati emas, garchi u bir-biriga qarab harakatlanadigan bir xil amplitudali ikkita to'lqinning aralashuvi natijasida olingan bo'lsa ham. Turuvchi to'lqin endi aslida to'lqin emas, balki shunchaki tebranish ekanligini, shuningdek, harakatlanuvchi to'lqinda har bir nuqtadagi kinetik va potentsial energiyalar bir xil fazada tebranadi. Tik turgan to'lqinda, masalan, rasmdan ko'rinib turibdiki. 202, kinetik va potentsial energiyalarning tebranishlari ipning barcha nuqtalari bir vaqtning o'zida muvozanat holatidan o'tganda, ipning kinetik energiyasi maksimal bo'lgan paytda, mayatnikning tebranishlari paytida bo'lgani kabi, fazada siljiydi, va potentsial energiya nolga teng, chunki hozirgi vaqtda ip deformatsiyalanmagan .To'lqin sirtlari. Elastik muhitda yoki suv yuzasida monoxromatik to'lqinlarning tarqalishining vizual tasviri to'lqin sirtlarining rasmida berilgan. Hozirgi vaqtda bir xil to'lqin yuzasida yotgan muhitning barcha nuqtalari bir xil tebranish fazasiga ega. Boshqacha qilib aytganda, to'lqin yuzasi doimiy fazali sirtdir. Masalan, tenglama bilan tasvirlangan tekis to'lqin uchun kosinusning argumentini ixtiyoriy doimiyga tenglashtirib, to'lqin sirtining tenglamasini olamiz o'qiga perpendikulyar tekislik. Vaqt o'tishi bilan, bu tekislik tezlik bilan va o'ziga parallel ravishda harakat qiladi sferik to'lqin uchun doimiy fazaning yuzasi bu holda shar, markazdir bu to'lqinning markaziga to'g'ri keladi va radius doimiy tezlikda o'sadi.

To'lqinli old.

To'lqin yuzasi va to'lqin fronti tushunchalarini farqlash kerak. To'lqin yuzasi monoxromatik, qat'iy aytganda, cheksiz cho'zilgan to'lqin uchun kiritilgan bo'lib, uning tarqalishi paytida muhitning barcha nuqtalari garmonik tebranishlarni amalga oshiradi. Albatta, bu tushunchani statsionar to'lqin jarayonining umumiy holatiga ham qo'llash mumkin, bunda muhitning barcha nuqtalari o'z argumentining ixtiyoriy davriy funksiyasi qonuniga muvofiq davriy (lekin harmonik emas) tebranishlarni bajaradi. Bu holda to'lqin sirtlari monoxromatik to'lqindagi kabi ko'rinishga ega. Butun muhit tinch holatda bo'lsin va bir vaqtning o'zida tebranish manbai yoqilsin, undan muhitda buzilish tarqala boshlaydi. To'lqin jabhasi - bu muhitning harakatlana boshlagan nuqtalarini buzilish hali yetib bormagan nuqtalardan ajratib turadigan sirt. Ko'rinib turibdiki, bir jinsli izotrop muhitda tekis tebranish manbasidan to'lqin fronti tekislik, nuqta manbasidan to'lqin fronti esa shar shaklida bo'ladi. Ammo muhitda bir xillik, to'siqlar, interfeyslar mavjud bo'lsa, to'lqin sirtlarini topish Gyuygens printsipi yanada murakkablashadi. Gyuygens tomonidan to'lqinli sirtlarni qurishning oddiy usuli taklif qilingan. Gyuygens printsipi, agar oldingi momentdagi holati ma'lum bo'lsa, ma'lum bir vaqtning o'zida to'lqin sirtini topishga imkon beradi. Buning uchun vaqtning bir lahzasida to'lqin sirtining har bir nuqtasini ikkilamchi to'lqinlar manbai deb hisoblash kerak (203-rasm). Bir muncha vaqt o'tgach, har bir ikkilamchi to'lqinning to'lqin yuzasi bir hil muhitda radiusli sharni ifodalaydi. Vaqt momentida kerakli to'lqin yuzasi ikkilamchi to'lqinlarning to'lqin sirtlarining geometrik konvertidir. Gyuygens printsipi statsionar bo'lmagan to'lqin jarayoni holatida to'lqin frontini topish uchun ham ishlatilishi mumkin.

Guruch. 203. Gyuygens printsipi bo'yicha to'lqin sirtini qurish Gyuygensning dastlabki formulasida bu printsip asosan to'lqin sirtlarini topish uchun qulay retsept edi, chunki u, masalan, nima uchun to'lqin yuzasining holatini tushuntirib bermadi. ikkilamchi to'lqinlarning oldingi konverti va orqa tomonning ma'nosi - shaklda ko'rsatilgan konvert yuzasi. 203-chiziq chiziq. Gyuygens printsipining asoslanishi ikkilamchi to'lqinlarning aralashuvini hisobga olgan holda Fresnel tomonidan berilgan. Biz optikani o'rganishda Gyuygens-Fresnel printsipining qo'llanilishiga duch kelamiz, bir hil muhitda tekislik yoki sferik to'lqinning tarqalishining oddiy holatlarida Gyuygens printsipi to'g'ri natijalarga olib kelishini ko'rish oson: tekislik to'lqini qoladi. tekis, sferik to'lqin esa sharsimon bo'lib qoladi. Gyuygens printsipi bir jinsli bo'lmagan muhitda ikkita bir xil to'lqinlar orasidagi cheksiz tekis interfeysda tekis to'lqinning aks etishi va sinishi qonunini topishga imkon beradi. Gyuygens printsipidan foydalanib, bir jinsli bo'lmagan muhitda to'lqinlar tarqalganda to'lqin yuzasi nima uchun aylanishini tushuntirish mumkin. Masalan, p muhitning zichligi y o'qi yo'nalishi bo'yicha ortib borsin (204-rasm).

to'lqinlarning tarqalish tezligi va chiziqli qonun bo'yicha y bo'ylab kamayadigan tarzda. Agar bir vaqtning o'zida to'lqin yuzasi tekislik bo'lsa, u holda qisqa vaqtdan so'ng, bir lahzada, rasmda ko'rinib turganidek, bu to'lqin yuzasi. 204, aylanadi va yangi pozitsiyani egallaydi. Keyingi qisqa vaqtdan so'ng, u o'z o'rnini egallaydi, tasvirlangan hodisalar to'lqinlar yuzasida va havoda tovush to'lqinlari tarqalayotganda kuzatish uchun qulaydir. Sinishi rasm. 204. Atmosfera havosining bir jinsli bo'lmagan muhitida sirtning bir jinsli bo'lmaganligidan kelib chiqqan tovush to'lqinining aylanishi bir qator qiziqarli hodisalarga olib keladi. Sohilbo'yi qishloqlari aholisi ko'pincha juda uzoqda joylashgan qayiqlarning ovozlarini eshitishadi. Bu yuqoridagi havo harorati suv yuzasiga qaraganda yuqoriroq bo'lganda sodir bo'ladi; Demak, pastda, suv yuzasi yaqinida tovush tezligi yuqoridan kamroq. Keyin burchak ostida yuqoriga ko'tarilishi kerak bo'lgan tovush to'lqini suvga qarab sinadi va uning yuzasi bo'ylab tarqaladi. Suv yuzasi bo'ylab bir xil to'lqin o'tkazgich hosil bo'ladi, u bo'ylab tovush sezilarli darajada zaiflashmasdan uzoq masofalarga tarqalib ketishi mumkin, xuddi shunday tor to'lqin o'tkazgich okean tubida ma'lum bir harorat va suv qatlamlarining sho'rlanishida mavjud bo'lishi mumkin. Natijada, akustik to'lqinlarning tezligi uning ustidagi yoki ostidagi qatlamlarga qaraganda kamroq bo'lgan nozik bir qatlam hosil bo'ladi. Bunday kanaldagi tovush energiyasi asosan uch o'lchamda emas, balki ikki o'lchovda tarqaladi va shuning uchun manbadan katta masofalarda aniqlanishi mumkin.

To'lqin diffraktsiyasi.

Gyuygens printsipining to'siqlar mavjud bo'lgan muhitda to'lqinlarning tarqalishiga tatbiq etilishi diffraktsiya hodisasini - to'lqinlarning geometrik soya mintaqasiga egilishini sifat jihatidan tushuntirish imkonini beradi. Masalan, tekis qirrali tekis devorga tushgan tekislik to'lqinini ko'rib chiqaylik (205-rasm). Oddiylik uchun biz to'lqinning devorga tushgan qismi to'liq so'riladi deb faraz qilamiz, shunda aks ettirilgan to'lqin bo'lmaydi. Shaklda. 205 to'siq orqasida Gyuygens printsipiga muvofiq qurilgan to'lqinli sirtlarni ko'rsatadi. Ko'rinib turibdiki, to'lqinlar aslida soya mintaqasiga egiladi, ammo Gyuygens printsipi to'siq ortidagi to'lqindagi tebranishlar amplitudasi haqida hech narsa aytmaydi. Buni geometrik soya mintaqasiga keladigan to'lqinlarning interferensiyasini hisobga olgan holda topish mumkin. To'siq orqasida tebranish amplitudalarining taqsimlanishi difraksion naqsh deyiladi. To'g'ridan-to'g'ri to'siq orqasida tebranishlar amplitudasi juda kichik. To'siqdan qanchalik uzoqroq bo'lsa, tebranishlarning geometrik soya hududiga kirib borishi shunchalik sezilarli bo'ladi, to'siq orqasidagi diffraktsiya naqshining to'liq ko'rinishi to'lqin uzunligi, to'siqning o'lchami va undan uzoqlik o'rtasidagi munosabatlarga bog'liq. kuzatish nuqtasiga to'siq. Agar to'lqin uzunligi to'siqning o'lchamidan kattaroq bo'lsa, to'lqin buni deyarli sezmaydi. Agar to'lqin uzunligi R to'siqning o'lchami bilan bir xil bo'lsa, u holda diffraktsiya juda qisqa masofada ham o'zini namoyon qiladi va to'siq orqasidagi to'lqinlar har ikki tomonning erkin to'lqin maydoniga qaraganda bir oz zaifroqdir. Agar, nihoyat, to'lqin uzunligi to'siqning o'lchamidan ancha kichik bo'lsa, u holda diffraktsiya naqshini faqat kattaligi bog'liq bo'lgan to'siqdan katta masofada kuzatish mumkin.

Guruch. 205. Tekis to'lqinning difraksiyasi, harakatlanuvchi manbadan to'lqin. Gyuygens printsipi statsionar muhitda tebranishlar manbai harakat qilganda sodir bo'ladigan nostatsionar to'lqin jarayoni uchun to'lqin frontining turini topishga imkon beradi. Bu erda sezilarli darajada farq qiladigan ikkita holat mumkin: manba tezligi muhitda to'lqin tarqalish tezligidan kamroq va aksincha. Manba O nuqtadan to'g'ri chiziq bo'ylab doimiy y tezlikda, doimo hayajonli tebranishlar bilan harakatlana boshlasin. Birinchi holda, to'lqin jabhasining shakli va uning joylashuvi haqidagi savol juda sodda hal qilinganda, old qism sharsimon bo'ladi va uning markazi vaqtning boshlang'ich momentidagi manba holatiga to'g'ri keladi, chunki to'lqinlardan olingan iz. barcha keyingi tartibsizliklar shu sferaning ichida bo'ladi (206-rasm), biz muntazam vaqt oralig'ida harakatlanuvchi manba tomonidan yaratilgan buzilishlarni ko'rib chiqamiz. Ballar bir vaqtning o'zida manbaning o'rnini beradi. Bu nuqtalarning har biri shu nuqtada bo'lgan paytda manba chiqaradigan sferik to'lqinning markazi deb hisoblanishi mumkin. Shaklda. 206 manba nuqtada bo'lgan paytda bu to'lqinlarning old tomonlarini o'rnini ko'rsatadi. Har bir keyingi to'lqinning old qismi butunlay oldingi to'lqinning old qismida joylashganligi sababli.

Guruch. 206. Manba to'lqinlar tezligidan kamroq tezlikda harakat qilganda to'lqin sirtlari-rasm. 207. Manba iroda tezligiga teng tezlik bilan harakat qilganda to'lqin sirtlari. 207, nuqtalarda chiqarilgan barcha to'lqinlarning old tomonlari hozirgi vaqtda manba joylashgan nuqtaga tegadi. Agar har bir to'lqinning old qismida muhitning bir oz siqilishi sodir bo'lsa, u holda barcha to'lqinlarning old tomonlari tegib turgan joyda harakatlanuvchi manba oldida siqilish sezilarli bo'lishi mumkin. Ayniqsa, manbaning tezligi muhitda to'lqin tarqalish tezligidan kattaroq bo'lgan holat qiziq. Manba u yaratgan to'lqinlardan oldinda. Manba nuqtada bo'lgan vaqt momenti uchun nuqtalarda chiqarilgan to'lqin jabhalarining holati rasmda ko'rsatilgan. 208.

Bu jabhalarning konverti dumaloq konusning yuzasi bo'lib, uning o'qi manba traektoriyasiga to'g'ri keladi, har bir vaqtning har bir momentida tepasi manbaga to'g'ri keladi va generatrix va o'q o'rtasidagi burchak aniqlanadi. rasmdan aniq. 208, munosabatga ko'ra, bunday to'lqin jabhasi Mach konusi deb ataladi. Ushbu turdagi to'lqin jabhasini jismlarning tovushdan yuqori tezlikda harakatlanishining barcha holatlarida - snaryadlar, raketalar, reaktiv samolyotlarda uchratish kerak. To'lqin jabhasida muhitning siqilishi sezilarli bo'lgan hollarda, to'lqin jabhasini suratga olish mumkin.

Guruch. 209. Manba iroda tezligidan kamroq tezlikda harakat qilganda, Mach konusi va tovush to'lqinining old qismi. Fotosuratdan olingan 209-sonda tovushdan yuqori tezlikda harakatlanuvchi o'qning Mach konusi va subsonik tezlikda barrel bo'ylab harakatlanayotganda o'q tomonidan yaratilgan tovush to'lqinining old qismi ko'rsatilgan. Surat o'q tovush to'lqinining old qismini bosib o'tgan paytda olingan. Optikadagi Mach konusining analogi - bu zaryadlangan zarralar moddada bu muhitda yorug'lik tezligidan oshib ketadigan tezlikda harakat qilganda paydo bo'ladigan Cherenkov nurlanishi. .

Doppler effekti.

Rasmdan. 206 shuni ko'rsatadiki, monoxromatik to'lqinlar manbai harakat qilganda, turli yo'nalishlarda chiqarilgan to'lqinlarning uzunligi har xil va statsionar manba chiqaradigan to'lqin uzunligidan farq qiladi. Agar vaqt oralig'ini tebranish davriga teng deb hisoblasak, u holda shakldagi sharlar. 206 ni ketma-ket to'lqin cho'qqilari yoki chuqurliklari va ular orasidagi masofani mos keladigan yo'nalishda chiqarilgan to'lqin uzunligi deb hisoblash mumkin. Ko'rinib turibdiki, manbaning harakat yo'nalishi bo'yicha chiqarilgan to'lqin uzunligi kamayib, teskari yo'nalishda esa ortadi. Bu qanday sodir bo'lishini tushunishga yordam beradi. 210, manba bir nuqtada bo'lgan to'lqin nurlanishining keyingi davrini boshlaydi va to'lqin bilan bir xil yo'nalishda harakatlanib, bir nuqtada bo'lgan davrni tugatadi. Natijada, chiqarilgan to'lqinning uzunligi biroz kamroq bo'lib chiqadi.

Ushbu to'lqinlarni qayd qiluvchi statsionar qabul qiluvchi tebranish chastotasidan farqli chastotali tebranishlarni qabul qiladi. Yaqinlashganda manba tezligi ijobiy belgi bilan, uzoqlashayotganda esa salbiy belgi bilan olinadi. , statsionar manbaga qaraganda pastroq. Ovoz balandligidagi bu o'zgarishni poezd yoki avtomobil hushtaklari ovozini tinglaganda sezish oson. Agar tovush manbaining qabul qiluvchiga yaqinlashish tezligi tovush tezligiga moyil bo'lsa, to'lqin uzunligi nolga, chastota esa cheksizlikka intiladi, agar va va dan katta bo'lsa, u holda birinchi navbatda manba qabul qiluvchidan o'tib ketadi shundan keyingina u yaqinlashganda yaratgan tovush to'lqinlari keladi. Bu to'lqinlar qanday chiqarilgan bo'lsa, teskari tartibda keladi; Bu formuladan olingan salbiy chastota qiymatining ma'nosi, qabul qiluvchi tomonidan qayd etilgan tebranishlar chastotasining o'zgarishi, shuningdek, to'lqin manbai muhitda harakatsiz va qabul qiluvchi harakatlanayotganda sodir bo'ladi. Agar, masalan, qabul qiluvchi manbaga tezlik bilan yaqinlashsa, uning to'lqin cho'qqilariga nisbatan tezligi teng bo'ladi. Shuning uchun u tomonidan qayd etilgan tebranish chastotasi tengdir Ushbu formula qabul qiluvchi statsionar manbadan uzoqlashganda ham amal qiladi, faqat nazorat tezligini salbiy belgi bilan olish kerak. Agar qabul qiluvchi manbadan yuqori tezlikda uzoqlashsa, u ilgari chiqarilgan to'lqinlarni ushlaydi va ularni teskari tartibda qayd etadi, manba yoki qabul qiluvchi muhitga nisbatan harakat qilganda, qabul qilingan to'lqinlar chastotasining o'zgarishi fenomeni. Doppler effekti deb ataladi.

Akustik to'lqinlar.

Inson qulog'i uchun eshitiladigan tovushlar spektri ... Ammo bu cheklovlar faqat juda yoshlar uchun mavjud. Yoshi bilan spektrning yuqori mintaqasiga sezgirlik yo'qoladi. Eshitiladigan diapazon inson nutqi tovushlari mavjud bo'lgan nisbatan tor chastota diapazonidan sezilarli darajada kattaroqdir. Ko'rshapalaklar va delfinlar ultratovushdan (uning chastotasi eshitiladigan tovushlarning yuqori chegarasidan yuqori) ob'ektlarning joylashishini aniqlash uchun o'ziga xos "radar" (yoki "sonar") sifatida foydalanadilar. Ultratovush texnologiyada keng qo'llaniladi, chastotalari eshitiladigan tovushlarning pastki chegarasidan past bo'lgan akustik tebranishlar infratovush deb ataladi. Ular odatda odamlarda yoqimsiz, tashvishli his-tuyg'ularni keltirib chiqaradi.

Bir xil chastotali ikkita monoxromatik to'lqin qo'shilsa, ularning fazalari farqiga qarab amplituda qanday chegaralar ichida o'zgarishi mumkin?

Ikki kogerent nuqta manbalari tomonidan yaratilgan interferentsiya naqsh turini tavsiflang.

Nega odam shamolga qarshi qichqirsa, eshitish qiyin? Albatta, qarshi shamol tovush tezligini pasaytiradi, lekin bu pasayish juda ahamiyatsiz va o'z-o'zidan kuzatilgan ta'sirni tushuntirib bera olmaydi: havodagi tovush tezligi taxminan 340 m / s, shamol tezligi esa odatda 10-15 m dan oshmaydi. /s. Effektni tushuntirish uchun erga yaqin joyda shamol tezligi tepadan pastroq ekanligini hisobga olish kerak.

Interferentsiya hodisalari energiyaning saqlanish qonuniga qanday mos keladi? Nima uchun to'lqin uzunligi to'siqning o'lchamidan ancha kichik bo'lgan hollarda, diffraktsiya naqshini faqat to'siqdan juda katta masofada kuzatish mumkin?

Qaysi holatda Doppler effektida tovush tebranishlari chastotasining siljishi aniqroq namoyon bo'ladi: tovush manbai harakat qilganda yoki qabul qiluvchi bir xil tezlikda harakat qilganda?

Doppler effekti tufayli chastota o'zgarishi formulalari tovush manbai yoki qabul qilgich tovushdan yuqori tezlikda harakat qilganda qo'llaniladimi?

Sizga ma'lum bo'lgan texnologiyada ultratovushdan foydalanishga misollar keltiring.

Yupqa FILMLAR

Yomg'irdan so'ng, ho'l asfalt qora rangga aylanganda, ko'lmaklardagi suvga neft va benzin to'kilgan avtoturargohlarda kamalakning barcha ranglari bilan porlab turgan yaltiroq dog'lar ayniqsa aniq ko'rinadi. Eng ko'zga ko'ringan ranglar yashil va sariqdir, lekin joylarda ko'k, indigo va binafsha ranglar ko'rinadi.

Xuddi shu dog'larni daryolar, ko'llar va ko'lmaklardagi suv yuzasida ko'rish mumkin, agar ular neft yoki uning mahsulotlari bilan ifloslangan bo'lsa.

Oramizda kim bolaligimizda sovun pufakchalarini puflamagan? Sovun pufagining yupqa plyonkasi, xuddi suv yuzasida yupqa yog 'plyonkasi kabi, kamalak ranglari bilan rangli bo'ladi; Bu go'zal hodisalar bir xil tabiatga ega, ular yog ', sovun ko'pik va selofan yupqa qatlamlarida yorug'likning aralashuvi natijasidir.

YUKKA FILMLARDA YORUQ INTERFERENSIYASI

Yog 'yoki sabunlu suvning yupqa plyonkalarida yorug'lik to'lqinlari ajralib chiqadi va keyin birlashadi.

46-rasmda plyonkadagi nurlarning yo'li ko'rsatilgan. Bu erda h - plyonka qalinligi (juda kattalashtirilgan miqyosda), S - yorug'lik manbai. S nuqtadan plyonkaga 1 va 2-nurlarning ikkita monoxromatik nurlari tushsin. Agar yorug'lik manbai uzoqda joylashgan bo'lsa (va ko'lmaklarga yog'ning to'kilishini yoritganda, manba osmon, ya'ni havo bilan tarqalgan yorug'likdir) , uni cheksizlikdan kelib chiqqan deb hisoblash mumkin. Keyin 1 va 2 nurlar amalda parallel bo'ladi va yorug'lik to'lqinining old qismi AB ularga perpendikulyar bo'ladi.

Muhitning yorug'likning absolyut sindirish ko'rsatkichini n 1, plyonka esa n 2 ni belgilaymiz.

A nuqtada plyonka bilan uchrashadigan yorug'lik nurlari nurlari qisman sinadi va qisman aks etadi. Bu holda aks ettirilgan nur bizni qiziqtirmaydi, chunki u ko'zga kirmaydi. Singan nurlar nurlari plyonkaning ikkinchi yuzasiga (D nuqtasiga) etib, yana qisman aks etadi va qisman sinadi. Bizni C nuqtada qisman sinishi va qisman aks ettiruvchi DC nurlarining aks ettirilgan nurlari qiziqtiradi. C nuqtada singan nurlar dastasi 2 ko'z ichiga kiradi, xuddi shu manbadan chiqadigan va C nuqtada plyonkaga tushayotgan nurlar dastasi 2 ham qisman sinadi va qisman aks etadi. 2-nurlarning aks ettirilgan dastasi va 2-nurlar dastasi xalaqit beradi. Ikkala nurlar nurlari interferensiya natijasi kuzatiladigan ekranda yoki u idrok qilinadigan retinada linza yordamida yo'naltirilishi mumkin.

Ekranda nima sodir bo'ladi? Rasmdan ko'rinib turibdiki, 2, 2 nurlar nurlari C nuqtada uchrashgunga qadar turli yo'llarni bosib o'tgan: birinchisi AD + DC = 2AD masofasini sindirish ko'rsatkichi n 2 bo'lgan muhitda, ikkinchisi - miloddan avvalgi masofani bosib o'tgan. sindirish ko'rsatkichi n 1 bo'lgan muhitda

Nurlar yo'lidagi geometrik farq 2AD - miloddan avvalgi; optik farq 1:

Bu erda l/2 - yorug'lik yuqori sinishi indeksiga ega bo'lgan muhitdan aks ettirilganda yarim to'lqinning yo'qolishi uchun tuzatish.

Agar yo'l farqi to'lqinlarning butun soniga (D = NO) teng bo'lsa, u holda C nuqtasi to'lqin uzunligiga mos keladigan ma'lum bir rang bilan yorqin porlashi kuzatiladi va u uchun maksimal yoritish shartlari bajariladi. Agar yo'l farqi yarim to'lqinlarning toq soniga teng bo'lsa, u holda bu to'lqin uchun C nuqtadagi minimal yoritish sharti qondiriladi.

Yo'l farqi D plyonka qalinligi h, tushish burchagi (va kuzatish) a va to'lqin uzunligi l yoki plyonka qalinligi va s sinishi burchagi funktsiyasi sifatida ifodalanishi mumkin.

Ushbu qaramlik quyidagicha ko'rinadi:

Film yuzasida har doim ko'p nuqtalar mavjud bo'lib, ular uchun ma'lum bir to'lqin uzunligi uchun bir xil shovqin shartlari bajariladi. Bu nuqtalar zanjirlarda joylashgan. Ularning geometrik joylashuvi to'lqin uzunligi va interferentsiya sharoitlariga qarab ochiq yoki quyuq chiziqlarni ifodalaydi.

Berilgan to'lqin uzunligidagi yorug'lik chiziqlari uchun quyidagi shart bajariladi:

qorong'ular uchun:

Agar plyonka polixromatik (murakkab, ko'p rangli) yorug'lik bilan yoritilgan bo'lsa, masalan, oq, u holda har bir to'lqin uzunligi uchun (har bir rang uchun) maksimal yorug'lik chiziqlari mavjud bo'lib, ularning tashqarisida ma'lum to'lqin uzunligi uchun minimal yoritish mavjud. Ushbu to'lqinning minimal joylashgan joyida maksimal boshqa to'lqin (boshqa rangdagi) bo'lishi mumkin. Shunday qilib, turli to'lqin uzunliklarining maksimallari bir-birining yonida joylashgan. Natijada spektr hosil bo'ladi.

Spektrlar plyonka qalinligi va ko'rish burchagiga qarab bir necha kattalik tartibini hosil qilishi mumkin. Qo'shni spektrlar o'zlarining ekstremal ranglari bilan bir-birining ustiga tushishi mumkin. Binafsha rangga qizil rang qo'shiladi, natijada quyuq binafsha, ba'zan esa jigarrang rang paydo bo'ladi.

Spektrning o'rtasini tashkil etuvchi ranglar - sariq, yashil, ko'k - har doim aniq ko'rinadi.

Agar siz yoritilgan plyonkani bir necha daqiqa davomida kuzatsangiz, rangli chiziqlar konturlari o'zgarishini sezishingiz mumkin. Bu yog'ning tarqalishi va natijada plyonka qalinligining o'zgarishi tufayli yuzaga keladi.

Agar siz tekis qavariq linzani sayqallangan shisha plastinka ustiga qo'ysangiz, u holda linza va plastinka o'rtasida nozik havo qatlami paydo bo'ladi, unda ma'lum yorug'lik ostida (47-rasm) yorug'lik va to'q rangli halqalarni kuzatishingiz mumkin. filmning qalinligi bir xil. Yashil va qizil chiroqda ko'rilgan bu halqalarning kengaytirilgan ko'rinishi.

Interferentsiya hodisasi ko'plab amaliy foydali maqsadlarda qo'llaniladi.

Shunday qilib, shovqin yordamida siz mashina qismlarining sirtini parlatish sifatini tekshirishingiz mumkin. Yorug'lik interferensiyasi hodisasi interferometr asboblarini loyihalash uchun asos bo'lib, ular yorug'likning 0,1 to'lqin uzunligi aniqligi bilan uzunliklarni o'lchash, sinishi ko'rsatkichlarini aniqlash va boshqalar uchun ishlatiladi.

YORILIK DIFFRAKSIYASI HODISISI. DIFFRAKSIYA HODISANI KUSHASH

Yorug'likning difraksiyasini, masalan, neylon sharf orqali uzoqdagi yorqin fonarning nuriga qarab, uni qo'l uzunligida ushlab turish orqali kuzatish mumkin.

Yorug'lik manbasini, masalan, kirpiklar orqali chiroqni ko'rishda diffraktsiya spektrlari ham aniq ko'rinadi.

Agar siz ikkita barmog'ingizni katlasangiz, ular orasida tor bo'shliq paydo bo'lsa va bu bo'shliq orqali siz tarqalgan yorug'lik manbasiga (osmon, chiroq soyasi va boshqalar) qarasangiz, bo'shliq uchun shunday kenglikni tanlashingiz mumkinki, ular bir nechta unda qorong'u va qora dog'lar aniq ko'rinadi. Shunga o'xshash rasm, agar uning orqasida chiroq yoki deraza bo'lsa, ochiq eshikdagi tor bo'shliqda ko'rish mumkin. Siz kartonga ikkita xavfsiz ustara pichoqni (parafin yoki moy bilan) yopishtirishingiz va ular orasidagi bo'shliqda diffraktsiya naqshini ko'rishingiz mumkin.

Alyuminiy folga ichiga igna uchi bilan kichik bir teshik ochib (uni teshmasdan) va yorqin yorug'lik manbasiga qarasangiz, diffraktsiya naqshlari aniq ko'rinadi.

Deraza oynasidagi tirnalgan joylar ham yorug'lik diffraksiyasini kuzatish imkoniyatini beradi. Avtobus va trolleybuslarning oyna oynalarida tirnalgan. Ular derazalarni artganda yoki qum kristallarini puflaganda paydo bo'ladi. Tabiiyki, tirnalganlarning ko'pchiligi gorizontal yoki biroz qiya yo'naltirilgan. Chizilgan shisha - bu diffraktsiya panjarasining bir turi bo'lib, unda chiroqlarning yorug'ligi ularga perpendikulyar ravishda burilib ketadi. Natijada, yorug'lik manbasidan chiqadigan ikkita yorug'lik nurini ko'rishingiz mumkin. Lekin nima uchun ularda spektral rang yo'q? Bu ko'rib chiqilayotgan panjara davri doimiy emasligi bilan izohlanadi, buning natijasida spektral ranglar qo'shiladi, ma'lumki, oq yorug'lik beradi.

Ba'zan avtobusda ketayotganingizda muzlagan oyna oynasida chiroyli rasmni ko'rishingiz mumkin. Derazalardagi muz qoplami, quyosh nuri yoki chiroq ularga tushganda, to'satdan spektrning hayratlanarli darajada shaffof va sof ranglari bilan porlay boshlaydi. Bu hodisa bir necha daqiqa davom etadi va keyin shisha ustidagi muz qatlami qalinligining oshishi tufayli yo'qoladi.

Bu ko'rish yorug'likning muz kristallari ignalari tomonidan diffraksiyasi tufayli yuzaga keladi. Muz plitalarining ma'lum bir qalinligi (1 mikron) va ular orasidagi masofa taxminan 0,1 mm bo'lsa, yorug'likning bir qismi plitalardan, bir qismi esa ularning yonidan o'tishi mumkin. Plastinkadagi va havodagi yorug'lik tezligining farqi tufayli tebranishlarda faza siljishi sodir bo'ladi. Bu interferensiya tufayli ba'zi to'lqin uzunliklarining susayishiga olib keladi va natijada muzlatilgan oynaning sirtini qo'shimcha rangda "bo'yash" ga olib keladi.

TOJLAR

Shaffof oq bulutlar Oy oldida asta-sekin sirg'alib boradi. Va har safar Oyni yangi bulut qoplaganda, biz Oy atrofida ajoyib rang-barang halqalarni ko'ramiz, ularning diametri Oyning diametridan bir necha baravar katta. Bular tojlar.

Shunga o'xshash hodisalarni chiroqlar va Quyosh atrofida ko'rish mumkin (faqat bu holda siz quyosh bizni ko'r qilmasligi uchun ehtiyot bo'lishingiz kerak, masalan, quyuq ko'zoynak taqinglar). Kronlarni halos bilan aralashtirib yubormaslik kerak. Haloning diametri 22 yoki 46 °, jantlar diametri esa ancha kichik: 1 - 6 °.

Ushbu tabiiy hodisaning izohini yorug'lik diffraksiyasida izlash kerak. Bulutlar suv tomchilaridan iborat. Tomchilardan o'tib, yorug'lik diffraktsiyaga uchraydi. Nurlarning divergentsiyasi tomchining kattaligiga bog'liq. Ko'p tomchilar rasmni o'zgartirmaydi, faqat uni yaxshilaydi. Haloning kengligi tomchilarning o'lchamiga bog'liq: tomchilar qanchalik kichik bo'lsa, halo kengroq bo'ladi. Muz ignalaridan iborat bulutda tojlar ham paydo bo'lishi mumkin.

Ba'zi hollarda yorug'lik tojlari ("ko'z halqalari") ko'zning shox pardasida mavjud bo'lgan bir hil bo'lmagan donalarda yorug'likning tarqalishi tufayli paydo bo'ladi. "Ko'z" tojining o'lchami "bulut" ga teng va ularni ajratish qiyin. Biroq, "bulut" tojini "ko'z" tojidan ajratish mumkin. Agar ko'z oldiga shaffof bo'lmagan narsa qo'yilsa, "bulut" tojlari qoladi, ammo "ko'z" tojlari darhol yo'qoladi.

Ikki yoki undan ortiq manbalardan toʻlqinlarning suv yuzasida tarqalishini kuzatishlar shuni koʻrsatadiki, toʻlqinlar bir-biriga umuman taʼsir qilmasdan oʻtadi. Xuddi shu tarzda, tovush to'lqinlari bir-biriga ta'sir qilmaydi. Orkestr chalayotganda, har bir cholg'uning tovushlari bizga xuddi har bir asbob alohida-alohida chalayotgandek keladi.

Bu eksperimental tarzda aniqlangan haqiqat elastik deformatsiyalar doirasida jismlarning bir yo'nalish bo'ylab siqilishi yoki cho'zilishi boshqa yo'nalishlarda deformatsiyalanganda ularning elastik xususiyatlariga ta'sir qilmasligi bilan izohlanadi. Shuning uchun, turli manbalardan to'lqinlar etib boradigan har bir nuqtada, vaqtning istalgan momentida bir nechta to'lqinlarning ta'sirining natijasi har bir to'lqinning alohida ta'siri natijalari yig'indisiga teng bo'ladi. Ushbu naqsh superpozitsiya printsipi deb ataladi.

To'lqin shovqini.

Superpozitsiya tamoyilining mazmunini chuqurroq tushunish uchun quyidagi tajribani bajaramiz.

To'lqinli vannada ikkita novdali vibrator yordamida biz bir xil chastotali to'lqinlarning ikkita nuqta manbasini yaratamiz.

ikkilanish. Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, bu holda to'lqin hammomida to'lqin tarqalishining maxsus naqshi paydo bo'ladi. Suv yuzasida tebranishlar bo'lmagan chiziqlar mavjud (226-rasm).

Xuddi shunday hodisani tovush to'lqinlari bilan tajribalarda ham topish mumkin. Keling, ikkita dinamik dinamikni o'rnatamiz va ularni bitta ovoz generatorining chiqishiga ulaymiz. Sinf xonasida qisqa masofani bosib o'tayotganda, kosmosning ba'zi nuqtalarida tovush baland, boshqalarida esa jim ekanligini eshitishingiz mumkin. Ikki manbadan keladigan tovush to'lqinlari kosmosning ba'zi nuqtalarida bir-birini mustahkamlaydi va boshqalarida bir-birini zaiflashtiradi (227-rasm).

Tebranish davrlari bir xil boʻlgan ikki yoki undan ortiq toʻlqinlar qoʻshilganda hosil boʻladigan toʻlqin amplitudasining ortishi yoki kamayishi hodisasi toʻlqin interferensiyasi deyiladi.

To'lqin interferensiyasi hodisasi superpozitsiya printsipiga zid emas. Tebranishlar amplitudasi nolga teng bo'lgan nuqtalarda ikkita to'qnashuv to'lqinlari bir-birini "bekor etmaydi".

Interferentsiyaning minimal va maksimal shartlari.

Tebranishlarning amplitudasi nolga teng

bir xil amplituda va chastotaga ega bo'lgan to'lqinlar tebranish davrining yarmiga yoki yarmiga tebranishlarning fazali siljishi bilan keladigan fazodagi nuqtalar. Ikki to'lqin manbalarining bir xil tebranish qonuni bilan, to'lqin manbalaridan bu nuqtagacha bo'lgan masofalar farqi to'lqin uzunligining yarmiga teng bo'lishi sharti bilan, farq tebranish davrining yarmiga teng bo'ladi:

yoki yarim to'lqinlarning toq soni:

Farqi interferensiya qiluvchi to'lqinlarning yo'l farqi va sharti deyiladi

shovqin minimal sharti deyiladi.

Interferentsiya maksimallari fazoning bir xil tebranish fazasi bilan to'lqinlar keladigan nuqtalarda kuzatiladi. Ikki manbaning bir xil tebranish qonunini hisobga olgan holda, bu shartni qondirish uchun yo'l farqi to'lqinlarning butun soniga teng bo'lishi kerak:

Muvofiqlik.

To'lqinlarning interferensiyasi faqat kogerentlik sharti bajarilgan taqdirdagina mumkin. Muvofiqlik so‘zi izchillik ma’nosini bildiradi. Vaqt o'tishi bilan bir xil chastotali va doimiy fazalar farqiga ega bo'lgan tebranishlar kogerent deb ataladi.

Interferensiya va energiyaning saqlanish qonuni.

Interferentsiya minimal joylarida ikkita to'lqinning energiyasi qayerda yo'qoladi? Agar ikkita to'lqin uchrashadigan faqat bitta joyni ko'rib chiqsak, unda bunday savolga to'g'ri javob berish mumkin emas. To'lqinlarning tarqalishi fazoning alohida nuqtalarida mustaqil tebranish jarayonlari to'plami emas. To'lqin jarayonining mohiyati tebranish energiyasini kosmosning bir nuqtasidan ikkinchisiga o'tkazishdan iborat va hokazo.To'lqinlar interferentsiya minimal joylariga aralashganda, hosil bo'lgan tebranishlarning energiyasi aslida ikkita interferentlik to'lqinlarining energiyalari yig'indisidan kam bo'ladi. . Ammo interferentsiya maksimal joylarida hosil bo'lgan tebranishlarning energiyasi interferentsiya qiluvchi to'lqinlarning energiyalari yig'indisidan oshib ketadi, chunki interferentsiya joylaridagi energiya kamayadi. To'lqinlar aralashganda, tebranish energiyasi kosmosda qayta taqsimlanadi, lekin ayni paytda energiyaning saqlanish qonuniga qat'iy rioya qilinadi.

To'lqin fraktsiyasi.

Agar siz to'lqin yo'li bo'ylab to'siqdagi teshik hajmini kamaytirsangiz, teshikning o'lchami qanchalik kichik bo'lsa, to'lqinlar tarqalishning to'g'ri chiziqli yo'nalishidan og'ishlar shunchalik katta bo'ladi (228-rasm, a, b). . To'lqinning tarqalish yo'nalishining to'g'ri chiziqdan to'siq chegarasida og'ishi to'lqin diffraktsiyasi deb ataladi.

Ovoz to'lqinlarining diffraktsiyasini kuzatish uchun biz ovoz kuchaytirgichlarni tovush generatorining chiqishiga ulaymiz va tovush to'lqinlari yo'liga materialdan tayyorlangan ekranni joylashtiramiz.

tovush to'lqinlarini yutish. Mikrofonni ekran orqasiga o'tkazish orqali siz tovush to'lqinlari ekranning chetida ham yozilganligini bilib olishingiz mumkin. Ovoz tebranishlarining chastotasini va shu bilan tovush to'lqinlarining uzunligini o'zgartirib, to'lqin uzunligi ortishi bilan diffraktsiya hodisasi sezilarli bo'lishini aniqlash mumkin.

To'lqinlarning diffraktsiyasi har qanday shakl va o'lchamdagi to'siqqa duch kelganda sodir bo'ladi. Odatda, to'siqdagi to'siq yoki teshikning o'lchami to'lqin uzunligiga nisbatan katta bo'lsa, to'lqin diffraktsiyasi unchalik sezilmaydi. Diffraktsiya to'lqinlar to'lqin uzunligi bo'yicha o'lchamlari bo'lgan teshikdan o'tganda yoki bir xil o'lchamdagi to'siqlarga duch kelganda o'zini eng aniq namoyon qiladi. To'lqin manbai, to'siq va to'lqinlar kuzatiladigan joy o'rtasidagi etarlicha katta masofalarda diffraktsiya hodisalari katta teshiklar yoki to'siqlar bilan ham sodir bo'lishi mumkin.

Gyuygens-Frenel printsipi.

Gyuygens prinsipi asosida diffraksiya hodisasini sifat jihatidan tushuntirish mumkin. Biroq, Gyuygens printsipi to'lqin tarqalishining barcha xususiyatlarini tushuntirib bera olmaydi. To'lqinli hammomda tekis to'lqinlar yo'lida keng teshikka ega bo'lgan to'siqni joylashtiramiz. Tajriba shuni ko'rsatadiki, to'lqinlar teshikdan o'tib, nurning asl yo'nalishi bo'ylab tarqaladi. Teshikdan to'lqinlar boshqa yo'nalishlarda tarqalmaydi. Bu Gyuygensning printsipiga zid keladi, unga ko'ra ikkilamchi to'lqinlar birlamchi to'lqin erishgan nuqtalardan barcha yo'nalishlarda tarqalishi kerak.

To'lqinlar yo'liga keng to'siq qo'yaylik. Tajriba shuni ko'rsatadiki, to'lqinlar to'siqdan tashqariga tarqalmaydi, bu yana Gyuygens printsipiga ziddir. To'lqinlar to'siqlarga duch kelganida kuzatiladigan hodisalarni tushuntirish uchun fransuz fizigi Avgustin Frenel (1788-1827) 1815 yilda Gyuygens printsipini ikkilamchi to'lqinlarning kogerentligi va ularning interferensiyasi haqidagi fikrlar bilan to'ldirdi. Gyuygens-Fresnel printsipiga ko'ra keng tuynuk orqasida birlamchi to'lqinning nurlari yo'nalishidan uzoqda to'lqinlarning yo'qligi teshikning turli qismlari chiqaradigan ikkilamchi kogerent to'lqinlarning bir-biriga xalaqit berishi bilan izohlanadi. Turli hududlardan keladigan ikkilamchi to'lqinlar uchun interferentsiya minimal shartlari bajarilgan joylarda to'lqinlar yo'q.

To'lqin polarizatsiyasi.

Interferentsiya va difraksiya hodisalari

bo'ylama va ko'ndalang to'lqinlarning tarqalishi paytida ham kuzatiladi. Biroq, ko'ndalang to'lqinlar bo'ylama to'lqinlarda bo'lmagan bitta xususiyatga ega - qutblanish xususiyati.

Qutblangan to'lqin ko'ndalang to'lqin bo'lib, unda barcha zarralar bir tekislikda tebranadi. Kauchuk shnurdagi tekis polarizatsiyalangan to'lqin shnurning uchi bir tekislikda tebranganda hosil bo'ladi. Agar shnurning uchi turli yo'nalishlarda tebransa, u holda shnur bo'ylab tarqaladigan to'lqin qutblanmaydi.

Ushbu to'lqinning qutblanishiga uning yo'lida tor yoriq ko'rinishidagi ochilish bilan to'siq qo'yish orqali erishish mumkin. Slot faqat uning bo'ylab paydo bo'ladigan shnurning tebranishlariga imkon beradi. Shuning uchun, tirqishdan o'tgandan so'ng, to'lqin tirqish tekisligida qutblanadi (229-rasm). Agar tekis qutblangan to'lqin yo'li bo'ylab birinchisiga parallel ravishda ikkinchi yoriq qo'yilsa, to'lqin u orqali erkin o'tadi. Ikkinchi tirqishni birinchisiga nisbatan 90 ° ga aylantirish shnurdagi to'lqinlarning tarqalish jarayonini to'xtatadi.

Bir tekislikda (birinchi tirqish) yuzaga keladigan barcha mumkin bo'lgan tebranishlarni ajratib turuvchi qurilma polarizator deb ataladi. To'lqinning qutblanish tekisligini (ikkinchi tirqish) aniqlash imkonini beruvchi qurilma analizator deb ataladi.