તરંગોનું દખલ અને વિવર્તન. ડોપ્લર અસર. સ્થાયી તરંગ અને લોલક. એકોસ્ટિક તરંગો. પ્રકાશના તરંગ ગુણધર્મો. વિવર્તન. દખલગીરી. વિક્ષેપ

આ લેખ હસ્તક્ષેપની ભૌતિકશાસ્ત્રની ઘટનાની તપાસ કરે છે: તે શું છે, તે ક્યારે થાય છે અને તે કેવી રીતે લાગુ થાય છે. તરંગ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સંબંધિત ખ્યાલ, વિવર્તનની પણ વિગતવાર ચર્ચા કરવામાં આવી છે.

તરંગોના પ્રકાર

જ્યારે "તરંગ" શબ્દ કોઈ પુસ્તકમાં અથવા વાતચીતમાં દેખાય છે, ત્યારે, એક નિયમ તરીકે, સમુદ્રની તરત જ કલ્પના કરવામાં આવે છે: એક વાદળી વિસ્તરણ, એક અમાપ અંતર, એક પછી એક, ખારા મોજા કિનારા પર ધસી આવે છે. મેદાનનો રહેવાસી એક અલગ દૃશ્યની કલ્પના કરશે: ઘાસનો વિશાળ વિસ્તાર, તે હળવા પવનની નીચે લહેરાતો હોય છે. કોઈ બીજાને મોજા યાદ આવશે, ભારે પડદાના ફોલ્ડ્સ અથવા સૂર્યપ્રકાશના દિવસે ધ્વજની લહેરાતા જોઈને. એક ગણિતશાસ્ત્રી સાઈન વેવ વિશે વિચારશે, એક રેડિયો કલાપ્રેમી ઈલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન વિશે વિચારશે. તે બધા એક અલગ પ્રકૃતિના છે અને તેનાથી સંબંધિત છે વિવિધ પ્રકારો. પરંતુ એક વસ્તુ નિર્વિવાદ છે: તરંગ એ સંતુલનમાંથી વિચલનની સ્થિતિ છે, કેટલાક "સરળ" કાયદાનું ઓસીલેટરીમાં રૂપાંતર. તે તેમના માટે છે કે હસ્તક્ષેપ જેવી ઘટના લાગુ પડે છે. અમે તે શું છે અને તે કેવી રીતે ઉદભવે છે તે થોડી વાર પછી જોઈશું. પ્રથમ, ચાલો આકૃતિ કરીએ કે તરંગો શું છે. અમે નીચેના પ્રકારોને સૂચિબદ્ધ કરીએ છીએ:

• યાંત્રિક
• રાસાયણિક
• ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક
• ગુરુત્વાકર્ષણ
• સ્પિન
• સંભવિત

ભૌતિકશાસ્ત્રના દૃષ્ટિકોણથી, તરંગો ઊર્જાનું પરિવહન કરે છે. પરંતુ એવું બને છે કે સમૂહ પણ ફરે છે. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં દખલગીરી શું છે તે પ્રશ્નના જવાબમાં, એ નોંધવું જોઈએ કે તે સંપૂર્ણપણે કોઈપણ પ્રકૃતિના તરંગોની લાક્ષણિકતા છે.

તરંગ તફાવતના ચિહ્નો

વિચિત્ર રીતે, તરંગની કોઈ એક વ્યાખ્યા નથી. તેમના પ્રકારો એટલા વૈવિધ્યસભર છે કે એકલા ડઝનથી વધુ વર્ગીકરણ પ્રકારો છે. તરંગો કયા સંકેતો દ્વારા અલગ પડે છે?

1. પર્યાવરણમાં વિતરણની પદ્ધતિ અનુસાર (દોડવું અથવા સ્થાયી થવું).
2. તરંગની પ્રકૃતિ દ્વારા જ (આ આધાર પર ઓસીલેટરી અને સોલિટોન્સ ચોક્કસ રીતે અલગ છે).
3. પર્યાવરણમાં વિતરણના પ્રકાર દ્વારા (રેખાંશ, ટ્રાંસવર્સ).
4. રેખીયતાની ડિગ્રી દ્વારા (રેખીય અથવા બિનરેખીય).
5. જે માધ્યમમાં તેઓ પ્રચાર કરે છે તેના ગુણધર્મો અનુસાર (અલગ, સતત).
6. આકાર (સપાટ, ગોળાકાર, સર્પાકાર).
7. ભૌતિક પ્રસાર માધ્યમ (યાંત્રિક, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, ગુરુત્વાકર્ષણ) ની લાક્ષણિકતાઓ અનુસાર.
8. મધ્યમ કણો (કમ્પ્રેશન અથવા શીયર તરંગો) ના કંપનની દિશામાં.
9. માધ્યમને ઉત્તેજિત કરવા માટે જરૂરી સમય અનુસાર (સિંગલ, મોનોક્રોમેટિક, વેવ પેકેટ).

અને આ કોઈપણ પ્રકારની પર્યાવરણીય વિક્ષેપને દખલગીરી લાગુ પડે છે. આ કોન્સેપ્ટમાં શું ખાસ છે અને શા માટે આ ઘટના આપણા વિશ્વને તે શું બનાવે છે, અમે તમને તરંગની લાક્ષણિકતાઓ આપ્યા પછી જણાવીશું.

તરંગ લાક્ષણિકતાઓ

તરંગોના પ્રકાર અને પ્રકારને ધ્યાનમાં લીધા વિના, તે બધા પાસે છે સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ. અહીં સૂચિ છે:

1. કાંસકો એક પ્રકારનો મહત્તમ છે. કમ્પ્રેશન તરંગો માટે, આ માધ્યમની સૌથી વધુ ઘનતાનું સ્થાન છે. સંતુલન સ્થિતિમાંથી ઓસિલેશનના સૌથી મોટા હકારાત્મક વિચલનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
2. એક હોલો (કેટલાક કિસ્સાઓમાં ખીણ) એ રિજની વિરુદ્ધ છે. ન્યૂનતમ, સંતુલન અવસ્થામાંથી સૌથી મોટું નકારાત્મક વિચલન.
3. સમયની સામયિકતા, અથવા આવર્તન, એક તરંગને એક મહત્તમથી બીજામાં મુસાફરી કરવામાં જે સમય લાગે છે તે છે.
4. અવકાશી સામયિકતા, અથવા તરંગલંબાઇ, અડીને આવેલા શિખરો વચ્ચેનું અંતર છે.
5. કંપનવિસ્તાર એ શિખરોની ઊંચાઈ છે. તરંગ દખલ શું છે તે સમજવા માટે આ વ્યાખ્યાની જરૂર પડશે.

અમે તરંગ, તેની લાક્ષણિકતાઓ અને ખૂબ જ વિગતવાર જોયું વિવિધ વર્ગીકરણ, કારણ કે "દખલગીરી" ની વિભાવનાને પર્યાવરણીય વિક્ષેપ જેવી ઘટનાની સ્પષ્ટ સમજણ વિના સમજાવી શકાતી નથી. અમે તમને યાદ અપાવીએ છીએ કે હસ્તક્ષેપ ફક્ત તરંગો માટે જ અર્થપૂર્ણ છે.

વેવ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

હવે આપણે "દખલગીરી" ના ખ્યાલની નજીક આવી ગયા છીએ: તે શું છે, તે ક્યારે થાય છે અને તેને કેવી રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવું. ઉપર સૂચિબદ્ધ તરંગોના તમામ પ્રકારો, પ્રકારો અને લાક્ષણિકતાઓ આદર્શ કેસ સાથે સંબંધિત હતા. આ "શૂન્યાવકાશમાં ગોળાકાર ઘોડા" ના વર્ણનો હતા, એટલે કે, ચોક્કસ સૈદ્ધાંતિક બાંધકામો જે વાસ્તવિક દુનિયામાં અશક્ય છે. પરંતુ વ્યવહારમાં, આજુબાજુની સમગ્ર જગ્યા વિવિધ તરંગોથી ઘેરાયેલી છે. પ્રકાશ, ધ્વનિ, ગરમી, રેડિયો, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ- આ વાતાવરણ છે. અને આ તમામ તરંગો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. નોંધનીય એક બાબત એ છે કે તેઓ એકબીજાને પ્રભાવિત કરવા માટે, તેમની સમાન લાક્ષણિકતાઓ હોવી આવશ્યક છે.

ધ્વનિ તરંગો કોઈપણ રીતે પ્રકાશમાં દખલ કરી શકશે નહીં, અને રેડિયો તરંગો કોઈપણ રીતે પવન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરશે નહીં. અલબત્ત, હજી પણ પ્રભાવ છે, પરંતુ તે એટલું નાનું છે કે તેની અસરને ધ્યાનમાં લેવામાં આવતી નથી. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પ્રકાશની દખલગીરી શું છે તે સમજાવતી વખતે, એવું માનવામાં આવે છે કે જ્યારે એક ફોટોન મળે છે ત્યારે બીજાને અસર કરે છે. તેથી, વધુ વિગતો.

દખલગીરી

ઘણા પ્રકારના તરંગો માટે, સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત લાગુ પડે છે: જ્યારે તેઓ અવકાશમાં એક બિંદુ પર મળે છે, ત્યારે તેઓ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. ઊર્જાનું વિનિમય કંપનવિસ્તારમાં ફેરફારમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે. ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો કાયદો નીચે મુજબ છે: જો બે મેક્સિમા એક બિંદુ પર મળે, તો અંતિમ તરંગમાં મહત્તમની તીવ્રતા બમણી થાય છે; જો મહત્તમ અને લઘુત્તમ મળે, તો પરિણામી કંપનવિસ્તાર શૂન્ય બની જાય છે. પ્રકાશ અને ધ્વનિની દખલગીરી શું છે તે પ્રશ્નનો આ સ્પષ્ટ જવાબ છે. આ અનિવાર્યપણે એક સુપરપોઝિશન ઘટના છે.

વિવિધ લાક્ષણિકતાઓ સાથે તરંગોની દખલગીરી

ઉપર વર્ણવેલ ઘટના રેખીય અવકાશમાં બે સમાન તરંગોની બેઠકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. જો કે, બે કાઉન્ટરપ્રોપેગેટીંગ તરંગોમાં વિવિધ ફ્રીક્વન્સી, કંપનવિસ્તાર અને લંબાઈ હોઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં અંતિમ ચિત્ર કેવી રીતે રજૂ કરવું? જવાબ એ હકીકતમાં રહેલો છે કે પરિણામ તરંગ જેવું બરાબર નહીં હોય. એટલે કે, વૈકલ્પિક મહત્તમ અને લઘુત્તમના કડક હુકમનું ઉલ્લંઘન કરવામાં આવશે: અમુક ક્ષણે કંપનવિસ્તાર મહત્તમ હશે, પછીના સમયે - ઓછું, પછી મહત્તમ અને લઘુત્તમ મેળવશે અને પરિણામ શૂન્ય પર જશે. જો કે, બે તરંગો વચ્ચેના તફાવતો ગમે તેટલા મજબૂત હોય, કંપનવિસ્તાર હજુ પણ વહેલા કે પછીનું પુનરાવર્તન થશે. ગણિતમાં અનંતતા વિશે વાત કરવી સામાન્ય છે, પરંતુ વાસ્તવમાં ઘર્ષણ અને જડતાના બળો શિખરો, ખીણો અને મેદાનોની પેટર્ન પુનરાવર્તિત થાય તે પહેલાં પરિણામી તરંગના અસ્તિત્વને રોકી શકે છે.

એક ખૂણા પર તરંગોની દખલગીરી

પરંતુ ઉપરાંત પોતાની લાક્ષણિકતાઓ, વાસ્તવિક તરંગોની અવકાશમાં જુદી જુદી સ્થિતિ હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, અવાજની દખલગીરી શું છે તે ધ્યાનમાં લેતી વખતે, આને ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. કલ્પના કરો: એક છોકરો ચાલે છે અને સીટી વગાડે છે. તે પોતાની આગળ ધ્વનિ તરંગ મોકલે છે. અને બીજો છોકરો સાયકલ પર તેની પાછળથી પસાર થાય છે અને બેલ વગાડે છે જેથી રાહદારી એક બાજુ ખસી જાય. જ્યાં આ બે ધ્વનિ તરંગો મળે છે ત્યાં તેઓ ચોક્કસ ખૂણા પર છેદે છે. હવાના અંતિમ કંપનના કંપનવિસ્તાર અને આકારની ગણતરી કેવી રીતે કરવી, જે ઉડશે, ઉદાહરણ તરીકે, નજીકના સૂર્યમુખી બીજ વેચનાર, દાદી માશા પાસે? આ તે છે જ્યાં ધ્વનિ તરંગનો વેક્ટર ઘટક અમલમાં આવે છે. અને આ કિસ્સામાં ફક્ત કંપનવિસ્તાર મૂલ્યો જ નહીં, પણ આ ઓસિલેશનના પ્રસારના વેક્ટરને પણ ઉમેરવા અથવા બાદબાકી કરવી જરૂરી છે. અમે આશા રાખીએ છીએ કે દાદી માશા ઘોંઘાટીયા છોકરાઓ પર ખૂબ બૂમો પાડશે નહીં.

વિવિધ ધ્રુવીકરણ સાથે પ્રકાશની દખલગીરી

એવું પણ બને છે કે વિવિધ ધ્રુવીકરણના ફોટોન એક બિંદુ પર મળે છે. આ કિસ્સામાં, વેક્ટર ઘટકને પણ ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પંદનો. જો તેઓ પરસ્પર લંબરૂપ ન હોય અથવા પ્રકાશ બીમમાંથી કોઈ એક ગોળાકાર અથવા લંબગોળ ધ્રુવીકરણ ધરાવે છે, તો પછી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તદ્દન શક્ય છે. સ્ફટિકોની ઓપ્ટિકલ શુદ્ધતા નક્કી કરવા માટેની ઘણી પદ્ધતિઓ આ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે: કાટખૂણે ધ્રુવીકૃત બીમમાં કોઈ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હોવી જોઈએ નહીં. જો ચિત્ર વિકૃત છે, તો સ્ફટિક આદર્શ નથી; તે બીમના ધ્રુવીકરણમાં ફેરફાર કરે છે, જેનો અર્થ છે કે તે ખોટી રીતે ઉગાડવામાં આવ્યો હતો.

દખલ અને વિવર્તન

પ્રકાશના બે બીમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તેમના હસ્તક્ષેપ તરફ દોરી જાય છે, પરિણામે નિરીક્ષક પ્રકાશ (મેક્સિમા) અને શ્યામ (લઘુત્તમ) પટ્ટાઓ અથવા રિંગ્સની શ્રેણી જુએ છે. પરંતુ પ્રકાશ અને પદાર્થની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બીજી ઘટના સાથે છે - વિવર્તન. તે એ હકીકત પર આધારિત છે કે વિવિધ તરંગલંબાઇનો પ્રકાશ માધ્યમ દ્વારા અલગ રીતે વક્રીવર્તિત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો તરંગલંબાઇ 300 નેનોમીટર છે, તો વિચલનનો કોણ 10 ડિગ્રી છે, અને જો તે 500 નેનોમીટર છે - પહેલેથી જ 12. આમ, જ્યારે પ્રકાશ ક્વાર્ટઝ પ્રિઝમ પર પડે છે સૂર્યકિરણ, લાલ વાયોલેટ કરતા અલગ રીતે વક્રીવર્તન કરે છે (તેમની તરંગલંબાઇ અલગ છે), અને નિરીક્ષક મેઘધનુષ જુએ છે. પ્રકાશનું વિક્ષેપ અને વિવર્તન શું છે અને તેઓ કેવી રીતે અલગ પડે છે તે પ્રશ્નનો આ જવાબ છે. જો તમે એક જ પ્રિઝમ પર લેસરમાંથી મોનોક્રોમેટિક રેડિયેશન ડાયરેક્ટ કરો છો, તો ત્યાં કોઈ મેઘધનુષ્ય હશે નહીં, કારણ કે ત્યાં વિવિધ તરંગલંબાઇના કોઈ ફોટોન નથી. બીમ ચોક્કસ કોણ દ્વારા પ્રચારની મૂળ દિશાથી વિચલિત થશે, અને બસ.

વ્યવહારમાં દખલગીરીની ઘટનાનો ઉપયોગ

આ સંપૂર્ણ સૈદ્ધાંતિક ઘટનામાંથી વ્યવહારિક લાભ મેળવવાની ઘણી તકો છે. ફક્ત મુખ્ય જ અહીં સૂચિબદ્ધ કરવામાં આવશે:

1. સ્ફટિક ગુણવત્તા સંશોધન. અમે આ વિશે થોડી ઊંચી વાત કરી.
2. લેન્સની ભૂલો ઓળખવી. ઘણીવાર તેઓ સંપૂર્ણ ગોળાકાર આકારમાં ગ્રાઉન્ડ હોવા જોઈએ. દખલગીરીની ઘટનાનો ઉપયોગ કરીને કોઈપણ ખામીની હાજરી ચોક્કસપણે શોધી કાઢવામાં આવે છે.
3. ફિલ્મની જાડાઈનું નિર્ધારણ. કેટલાક પ્રકારના ઉત્પાદનમાં, ફિલ્મની સતત જાડાઈ, ઉદાહરણ તરીકે પ્લાસ્ટિક, ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. તે વિવર્તન સાથે દખલગીરીની ઘટના છે જે તેની ગુણવત્તા નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે.
4. પ્રબુદ્ધ ઓપ્ટિક્સ. ચશ્મા, કેમેરા લેન્સ અને માઈક્રોસ્કોપ પાતળી ફિલ્મથી ઢંકાયેલા છે. આમ, ચોક્કસ લંબાઇના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો ફક્ત પ્રતિબિંબિત કરે છે અને પોતાના પર સુપરઇમ્પોઝ કરે છે, દખલ ઘટાડે છે. મોટેભાગે, ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રમના લીલા ભાગમાં ક્લિયરિંગ કરવામાં આવે છે, કારણ કે તે ચોક્કસપણે આ પ્રદેશ છે. માનવ આંખશ્રેષ્ઠ માને છે.
5. અંતરિક્ષ સંશોધન. હસ્તક્ષેપના નિયમોને જાણતા, ખગોળશાસ્ત્રીઓ બે નજીકથી સ્થિત તારાઓના સ્પેક્ટ્રાને અલગ કરવા અને તેમની રચનાઓ અને પૃથ્વીનું અંતર નક્કી કરવામાં સક્ષમ છે.
6. સૈદ્ધાંતિક સંશોધન. એક સમયે, તે દખલગીરીની ઘટનાની મદદથી હતું કે તરંગ પ્રકૃતિને સાબિત કરવાનું શક્ય હતું. પ્રાથમિક કણો, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન. આનાથી માઇક્રોવર્લ્ડની તરંગ-કણ દ્વૈતની પૂર્વધારણાની પુષ્ટિ થઈ અને ક્વોન્ટમ યુગની શરૂઆત થઈ.

અમે આશા રાખીએ છીએ કે આ લેખ સાથે, સુસંગત (સતત તબક્કામાં તફાવત અને સમાન આવર્તન ધરાવતા સ્ત્રોતો દ્વારા ઉત્સર્જિત) તરંગોની સુપરપોઝિશન વિશેનું તમારું જ્ઞાન નોંધપાત્ર રીતે વિસ્તર્યું છે. આ ઘટનાને દખલ કહેવામાં આવે છે.

જો તમે પથ્થર ફેંકશો, તો તે સીધો ઉડી જશે. તે અવરોધ સાથે અથડાઈ શકે છે અને ઉછળી શકે છે. જો તે તેની ફ્લાઇટની દિશાના ખૂણા પર સ્થિત પ્લેન સાથે અથડાશે, તો તે બાજુ પર ઉછળશે.

પરંતુ કોઈ પણ સંજોગોમાં પથ્થર અવરોધની આસપાસ જઈ શકશે નહીં. જ્યાં સુધી, અલબત્ત, તમે તેને મદદ કરશો નહીં. એટલે કે, તે તે જાતે કરી શકશે નહીં. કોઈપણ શરીરની હિલચાલ અને, તે મુજબ, કણો આ કાયદાને આધીન છે. તેઓ કાં તો અવરોધ ઉછાળે છે અથવા ઉડી જાય છે, પરંતુ તેની આસપાસ જતા નથી.

તરંગો અલગ રીતે વર્તે છે. તમે આ અવલોકન કર્યું છે કે નહીં, તે તપાસવું મુશ્કેલ નથી: એક તરંગ, અવરોધ દ્વારા પસાર થાય છે, તેની આસપાસ સહેજ વળે છે. તે જ સમયે, તેના પ્રસારની દિશા બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાણીના તરંગો, સાંકડા છિદ્રમાંથી પસાર થયા પછી, તે આગળ પ્રસરે તેમ પાછળથી વિસ્તરે છે. તે તારણ આપે છે કે તે ઉદઘાટનની સીમાઓના રૂપમાં અવરોધની આસપાસ ગઈ હતી.

પ્રકાશનું વિચલન અને પ્રકાશ તરંગોનો ઉમેરો

તમામ તરંગો આ રીતે વર્તે છે, તે યાંત્રિક હોય કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હોય. પ્રકાશ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ હોવાથી, તે સમાન રીતે વર્તે છે. અવરોધને ગોળાકાર કરતી વખતે રેખીય પ્રસારમાંથી પ્રકાશના વિચલનની ઘટનાને પ્રકાશનું વિવર્તન કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પડછાયાની ઝાંખી કિનારીઓ એ પડછાયાની રચના કરતી શરીરની સીમા પર પ્રકાશના વિવર્તનનું ઉદાહરણ છે.

વિવર્તનને કારણે, પ્રકાશની દખલ તરીકે ઓળખાતી બીજી ઘટના છે. પ્રકાશ હસ્તક્ષેપ એ બે અથવા વધુ પ્રકાશ તરંગોની તીવ્રતાનો ઉમેરો છે. પરિણામે, પ્રકાશની તીવ્રતાની મેક્સિમા અને મિનિમાની પેટર્ન રચાય છે.

દખલગીરી અને પ્રકાશનું વિવર્તન એકદમ સીધી અને તાત્કાલિક રીતે એકબીજા સાથે સંબંધિત છે. હકીકતમાં, દખલગીરી એ વિવર્તનનું પરિણામ છે. પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં પ્રકાશના વિક્ષેપ અને વિવર્તનને અવલોકન કરવા માટે પ્રયોગો કરી શકાય છે. આ કરવા માટે, એક અપારદર્શક સામગ્રીમાં સાંકડી ચીરોમાંથી પ્રકાશનો બીમ પસાર થાય છે, જેની પાછળ સ્ક્રીન સ્થિત છે.

સ્ક્રીન પર પ્રકાશની પટ્ટી દેખાય છે, જે સ્લિટના કદ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે પહોળી હશે. આ પ્રકાશના વિવર્તન દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું છે, જે સ્લિટમાંથી પસાર થતાં, સ્લિટની સીમાઓના સ્વરૂપમાં બે અવરોધોની આસપાસ સહેજ વળેલું છે, અને આ રીતે પ્રકાશ બીમ વિશાળ બન્યો છે. જો આપણે એક નહીં, પરંતુ નજીકમાં સ્થિત બે સ્લિટ્સ બનાવીએ, તો પછી સ્ક્રીન પર આપણે પ્રકાશની બે પટ્ટાઓ નહીં, પરંતુ પ્રકાશ અને પડછાયાની વૈકલ્પિક પટ્ટાઓનો સંપૂર્ણ સમૂહ જોશું. આ કિસ્સામાં, મધ્યમાં એક તેજસ્વી પટ્ટી હશે.

આ પ્રકાશની દખલગીરીનું પરિણામ છે, અને આપણે કહેવાતા "દખલગીરી પેટર્ન" જોશું. આ ચિત્રની સમજૂતી સરળ હશે: દરેક સ્લિટ પર વિવર્તનને કારણે, પ્રકાશના કિરણો વિસ્તરે છે, અને, આગળ પસાર થતાં, બે તરંગો એક સાથે ઉમેરવામાં આવે છે.

તદુપરાંત, આ તરંગોના કંપનવિસ્તાર અવકાશના તમામ બિંદુઓ પર અલગ પડે છે. પરિણામે, બે તરંગોના ઉમેરાને પરિણામે કુલ તરંગનું અંતિમ કંપનવિસ્તાર અવકાશમાં મૂળ તરંગોના કંપનવિસ્તાર કેવી રીતે વિતરિત થાય છે તેના પર નિર્ભર રહેશે.

જે જગ્યાએ તરંગોના કંપનવિસ્તાર મહત્તમ છે, ત્યાં કુલ તરંગોની મહત્તમ અવલોકન કરવામાં આવશે. અન્ય સ્થળોએ, જ્યાં કંપનવિસ્તાર તબક્કાની બહાર છે, કુલ કંપનવિસ્તાર શૂન્ય હશે. બાકીના સ્થાનો આ બે કેસો વચ્ચે સંક્રમણના તબક્કામાં હશે.

વિવર્તનઅને વિક્ષેપ- આવા સુંદર અને સમાન શબ્દો જે ભૌતિકશાસ્ત્રીના કાનમાં સંગીત જેવા સંભળાય છે! જેમ કે દરેક વ્યક્તિએ પહેલેથી જ અનુમાન લગાવ્યું છે, આજે આપણે ભૌમિતિક ઓપ્ટિક્સ વિશે વાત કરી રહ્યા નથી, પરંતુ ચોક્કસ ઘટનાઓ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિ.

પ્રકાશ ફેલાવો

તો, પ્રકાશ વિખેરવાની ઘટના શું છે? માં આપણે પ્રકાશના રીફ્રેક્શનના નિયમની તપાસ કરી. પછી અમે વિચાર્યું નહીં, અથવા તેના બદલે, તે પ્રકાશને યાદ ન રાખ્યો ( ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ) ચોક્કસ લંબાઈ ધરાવે છે. ચાલો યાદ કરીએ:

પ્રકાશ- ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ. દૃશ્યમાન પ્રકાશ- આ તરંગો છે જેની લંબાઈ 380 થી 770 નેનોમીટરની રેન્જમાં હોય છે.

તેથી, જૂના ન્યૂટને નોંધ્યું કે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ તરંગલંબાઇ પર આધાર રાખે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, લાલ પ્રકાશ, સપાટી પર પડતો અને વક્રીવર્તન કરતો, પીળો, લીલો, વગેરે કરતાં અલગ ખૂણા પર વિચલિત થશે. આ અવલંબન કહેવાય છે વિક્ષેપ.

પ્રિઝમમાંથી સફેદ પ્રકાશ પસાર કરીને, તમે મેઘધનુષ્યના તમામ રંગોનો સમાવેશ કરતું સ્પેક્ટ્રમ બનાવી શકો છો. આ ઘટના પ્રકાશના વિક્ષેપ દ્વારા સીધી રીતે સમજાવવામાં આવે છે. રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ તરંગલંબાઇ પર આધારિત હોવાથી, તેનો અર્થ એ છે કે તે આવર્તન પર પણ આધાર રાખે છે. તદનુસાર, પદાર્થમાં વિવિધ તરંગલંબાઇ માટે પ્રકાશની ગતિ પણ અલગ હશે

પ્રકાશ ફેલાવો- આવર્તન પર પદાર્થમાં પ્રકાશની ગતિની અવલંબન.

પ્રકાશ ફેલાવો ક્યાં વપરાય છે? હા બધે! તે માત્ર નથી સુંદર શબ્દ, પણ એક સુંદર ઘટના. રોજિંદા જીવન, પ્રકૃતિ, ટેકનોલોજી અને કલામાં પ્રકાશનું વિક્ષેપ. ઉદાહરણ તરીકે, પિંક ફ્લોયડ આલ્બમના કવર પર ડિસ્પરશન દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

પ્રકાશનું વિવર્તન

વિવર્તન પહેલાં, તમારે તેના "મિત્ર" વિશે કહેવાની જરૂર છે - દખલગીરી. છેવટે, દખલગીરી અને પ્રકાશનું વિવર્તન એ અસાધારણ ઘટના છે જે એકસાથે જોવા મળે છે.

પ્રકાશની દખલગીરી- આ તે છે જ્યારે બે સુસંગત પ્રકાશ તરંગો, જ્યારે સુપરઇમ્પોઝ કરવામાં આવે છે, એકબીજાને વધારે છે અથવા, તેનાથી વિપરીત, એકબીજાને નબળા બનાવે છે.

મોજા છે સુસંગત, જો તેમનો તબક્કો તફાવત સમયસર સ્થિર હોય, અને જ્યારે ઉમેરવામાં આવે, તો સમાન આવર્તનની એક તરંગ પ્રાપ્ત થાય છે. શું પરિણામી તરંગ એમ્પ્લીફાઇડ થશે (મહત્તમ હસ્તક્ષેપ) અથવા તેનાથી ઊલટું નબળું (દખલગીરી લઘુત્તમ) ઓસિલેશનના તબક્કાઓમાં તફાવત પર આધારિત છે. દખલગીરી દરમિયાન મેક્સિમા અને મિનિમા એકાંતરે, હસ્તક્ષેપ પેટર્ન બનાવે છે.

પ્રકાશનું વિવર્તન- તરંગ ગુણધર્મોનું બીજું અભિવ્યક્તિ. એવું લાગે છે કે પ્રકાશનો કિરણ હંમેશા સીધી રેખામાં મુસાફરી કરે છે. પણ ના! જ્યારે કોઈ અવરોધને પહોંચી વળે છે, ત્યારે પ્રકાશ તેની મૂળ દિશાથી વિચલિત થાય છે, જાણે કે અવરોધની આસપાસ જતો હોય. પ્રકાશના વિવર્તનને અવલોકન કરવા માટે કઈ પરિસ્થિતિઓ જરૂરી છે? વાસ્તવમાં, આ ઘટના કોઈપણ કદની વસ્તુઓ પર જોવા મળે છે, પરંતુ મોટા પદાર્થો પર તેનું અવલોકન કરવું મુશ્કેલ અને લગભગ અશક્ય છે. તરંગલંબાઇ સાથે કદમાં તુલનાત્મક અવરોધો પર આ શ્રેષ્ઠ રીતે કરી શકાય છે. પ્રકાશના કિસ્સામાં, આ ખૂબ નાના અવરોધો છે.

પ્રકાશનું વિવર્તનઅવરોધની નજીકથી પસાર થતી વખતે રેક્ટિલિનીયર દિશામાંથી પ્રકાશના વિચલનની ઘટના છે.

વિવર્તન માત્ર પ્રકાશ માટે જ નહીં, પણ અન્ય તરંગો માટે પણ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, અવાજ માટે. અથવા સમુદ્ર પરના મોજાઓ માટે. વિવર્તનનું એક ઉત્તમ ઉદાહરણ એ છે કે જ્યારે આપણે ખૂણાની આજુબાજુ ઊભા હોઈએ ત્યારે પસાર થતી કારમાંથી પિંક ફ્લોયડનું ગીત આપણે કેવી રીતે સાંભળીએ છીએ. જો ધ્વનિ તરંગો સીધા જ પ્રસારિત થાય, તો તે આપણા કાન સુધી પહોંચશે નહીં, અને આપણે સંપૂર્ણ મૌનથી ઊભા રહીશું. સંમત થાઓ, તે કંટાળાજનક છે. પરંતુ વિવર્તન વધુ મનોરંજક છે.

વિવર્તનની ઘટનાનું અવલોકન કરવા માટે, એક વિશિષ્ટ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે - વિવર્તન જાળી. વિવર્તન જાળી એ અવરોધોની સિસ્ટમ છે જે તરંગલંબાઇ સાથે કદમાં તુલનાત્મક છે. આ મેટલ અથવા કાચની પ્લેટની સપાટી પર કોતરવામાં આવેલા ખાસ સમાંતર સ્ટ્રોક છે. સંલગ્ન જાળીના સ્લિટ્સની કિનારીઓ વચ્ચેના અંતરને ગ્રેટિંગ પિરિયડ અથવા તેની સ્થિરતા કહેવામાં આવે છે.

પ્રકાશનું શું થાય છે જ્યારે તે વિવર્તન જાળીમાંથી પસાર થાય છે? જ્યારે પ્રકાશ તરંગ જાળીને અથડાવે છે અને અવરોધનો સામનો કરે છે, ત્યારે તે પારદર્શક અને અપારદર્શક પ્રદેશોની સિસ્ટમમાંથી પસાર થાય છે, જેના પરિણામે તે સુસંગત પ્રકાશના અલગ બીમમાં વિભાજિત થાય છે, જે, વિવર્તન પછી, એકબીજા સાથે દખલ કરે છે. દરેક તરંગલંબાઇ ચોક્કસ કોણ દ્વારા વિચલિત થાય છે, અને પ્રકાશ સ્પેક્ટ્રમમાં વિઘટિત થાય છે. પરિણામે, અમે જાળી પર પ્રકાશના વિવર્તનનું અવલોકન કરીએ છીએ

વિવર્તન જાળીનું સૂત્ર:

અહીં ડી- જાળીનો સમયગાળો, fi- જાળીમાંથી પસાર થયા પછી પ્રકાશના વિચલનનો કોણ, k- મહત્તમ વિવર્તનનો ક્રમ, લેમ્બડા- તરંગલંબાઇ.

આજે આપણે શીખ્યા કે પ્રકાશના વિવર્તન અને વિક્ષેપની ઘટના શું છે. ઓપ્ટિક્સ કોર્સમાં, દખલ, વિક્ષેપ અને પ્રકાશના વિવર્તન વિષય પર સમસ્યાઓ ખૂબ સામાન્ય છે. પાઠ્યપુસ્તકના લેખકો આવી સમસ્યાઓના ખૂબ શોખીન છે. જેમણે તેમને ઉકેલવા પડશે તેમના વિશે પણ એવું કહી શકાય નહીં. જો તમે સરળતાથી કાર્યોનો સામનો કરવા માંગતા હો, તો વિષયને સમજો અને તે જ સમયે સમય બચાવો, સંપર્ક કરો. તેઓ તમને કોઈપણ કાર્ય સાથે સામનો કરવામાં મદદ કરશે!

પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિ. 17મી સદીમાં, ડચ વૈજ્ઞાનિક ક્રિસ્ટીઆન હ્યુજેન્સે એવો વિચાર વ્યક્ત કર્યો કે પ્રકાશમાં તરંગની પ્રકૃતિ છે. જો ઑબ્જેક્ટનું કદ તરંગલંબાઇ સાથે તુલનાત્મક હોય, તો પ્રકાશ પડછાયાના વિસ્તારમાં જતો હોય તેવું લાગે છે અને પડછાયાની સીમા અસ્પષ્ટ દેખાય છે. આ ઘટનાઓને પ્રકાશના રેક્ટીલીનિયર પ્રચાર દ્વારા સમજાવી શકાતી નથી. આ વિચાર I. ન્યૂટનના નિવેદનો સાથે વિરોધાભાસી હતો કે પ્રકાશ એ કણોનો પ્રવાહ છે, પરંતુ દખલ અને વિવર્તન જેવી ઘટનાઓમાં પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિ પ્રાયોગિક રીતે પુષ્ટિ મળી હતી.

આ તરંગની ઘટનાઓને બે ખ્યાલોનો ઉપયોગ કરીને સમજાવી શકાય છે: હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત અને પ્રકાશની સુસંગતતા.

હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત.હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંતનીચે મુજબ છે: તરંગ આગળના કોઈપણ બિંદુને પ્રાથમિક તરંગની ઝડપે મૂળ દિશામાં પ્રસારિત થતા પ્રાથમિક તરંગોના ગૌણ સ્ત્રોત તરીકે ગણી શકાય.આમ, પ્રાથમિક તરંગને ગૌણ પ્રાથમિક તરંગોના સરવાળા તરીકે ગણી શકાય. હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રાથમિક તરંગના તરંગ આગળની નવી સ્થિતિ પ્રાથમિક ગૌણ તરંગો (ફિગ. 11.20) માંથી પરબિડીયું વળાંક સાથે એકરુપ છે.

ચોખા. 11.20. હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત.

સુસંગતતા.વિવર્તન અને વિક્ષેપ થવા માટે, વિવિધ પ્રકાશ સ્રોતોમાંથી પ્રકાશ તરંગોના તબક્કાના તફાવતની સ્થિરતાની સ્થિતિ પૂરી કરવી આવશ્યક છે:

તરંગો કે જેના તબક્કામાં તફાવત સતત રહે છે તેને કહેવામાં આવે છે સુસંગત

તરંગનો તબક્કો એ અંતર અને સમયનું કાર્ય છે:

સુસંગતતા માટેની મુખ્ય સ્થિતિ એ પ્રકાશની આવર્તનની સ્થિરતા છે. જો કે, વાસ્તવમાં પ્રકાશ સખત રીતે મોનોક્રોમેટિક નથી. તેથી, આવર્તન, અને પરિણામે, પ્રકાશનો તબક્કો તફાવત એક પરિમાણ (ક્યાં તો સમય અથવા અંતર) પર આધારિત નથી. જો આવર્તન સમય પર આધારિત નથી, તો સુસંગતતા કહેવામાં આવે છે ટેમ્પોરલ, અને જ્યારે તે અંતર પર આધારિત નથી - અવકાશી. વ્યવહારમાં, એવું લાગે છે કે સ્ક્રીન પરની દખલગીરી અથવા વિવર્તન પેટર્ન કાં તો સમય સાથે બદલાતી નથી (ટેમ્પોરલ સુસંગતતા સાથે), અથવા જ્યારે સ્ક્રીન અવકાશમાં ફરે છે (અવકાશી સુસંગતતા સાથે) ત્યારે તે સાચવવામાં આવે છે.

પ્રકાશની દખલગીરી. 1801 માં અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી, ચિકિત્સક અને ખગોળશાસ્ત્રી ટી. જંગ (1773 - 1829) ને પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિની ખાતરીપૂર્વક પુષ્ટિ મળી અને તેણે પ્રકાશ તરંગની લંબાઈ માપી. યંગના પ્રયોગનો આકૃતિ આકૃતિ 11.21 માં પ્રસ્તુત છે. જો પ્રકાશ કણો હોય તો અપેક્ષિત બે રેખાઓને બદલે, તેણે વૈકલ્પિક પટ્ટાઓની શ્રેણી જોઈ. આને ધારીને સમજાવી શકાય છે કે પ્રકાશ એક તરંગ છે.

પ્રકાશની દખલગીરીતરંગ સુપરપોઝિશનની ઘટના કહેવાય છે. પ્રકાશની દખલગીરી સ્થિર (સમય-સતત) હસ્તક્ષેપ પેટર્નની રચના દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે - સુસંગત પ્રકાશ તરંગોના સુપરપોઝિશનના પરિણામે વધેલા અને ઘટેલા પ્રકાશની તીવ્રતાવાળા વિસ્તારોની જગ્યામાં નિયમિત ફેરબદલ, એટલે કે. સમાન આવર્તનનાં તરંગો સતત તબક્કામાં તફાવત ધરાવે છે.

સ્વતંત્ર સ્ત્રોતોમાંથી તરંગો વચ્ચે સતત તબક્કાના તફાવતને પ્રાપ્ત કરવું લગભગ અશક્ય છે. તેથી, નીચેની પદ્ધતિનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે સુસંગત પ્રકાશ તરંગો મેળવવા માટે થાય છે. એક સ્ત્રોતમાંથી પ્રકાશને કોઈક રીતે બે અથવા વધુ બીમમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે અને, તેમને વિવિધ માર્ગો પર મોકલ્યા પછી, તેઓને એકસાથે લાવવામાં આવે છે. સ્ક્રીન પર જોવામાં આવતી હસ્તક્ષેપ પેટર્ન આ તરંગોના માર્ગમાં તફાવત પર આધાર રાખે છે.

હસ્તક્ષેપ મેક્સિમા અને મિનિમાની શરતો.સમાન આવર્તન અને સતત તબક્કાના તફાવત સાથે બે તરંગોની સુપરપોઝિશન સ્ક્રીન પર દેખાવ તરફ દોરી જાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે પ્રકાશ બે સ્લિટ્સને અથડાવે છે, ત્યારે એક દખલગીરી પેટર્ન - સ્ક્રીન પર વૈકલ્પિક પ્રકાશ અને શ્યામ પટ્ટાઓ. પ્રકાશ પટ્ટાઓ દેખાવાનું કારણ બે તરંગોની સુપરપોઝિશન એવી રીતે છે કે આપેલ બિંદુ પર બે મેક્સિમા ઉમેરવામાં આવે છે. જ્યારે આપેલ બિંદુ પર મહત્તમ અને લઘુત્તમ તરંગ ઓવરલેપ થાય છે, ત્યારે તેઓ એકબીજાને વળતર આપે છે અને એક ઘેરી પટ્ટી દેખાય છે. આકૃતિ 11.22a અને આકૃતિ 11.22b સ્ક્રીન પર લઘુત્તમ અને મહત્તમ પ્રકાશની તીવ્રતાની રચના માટેની શરતો દર્શાવે છે. આ હકીકતો સમજાવવા માટે માત્રાત્મક સ્તરચાલો નીચે આપેલ સંકેતો રજૂ કરીએ: Δ – પાથ તફાવત, d – બે સ્લિટ્સ વચ્ચેનું અંતર, – પ્રકાશ તરંગલંબાઇ. આ કિસ્સામાં, મહત્તમ સ્થિતિ, જે આકૃતિ 11.22b માં દર્શાવવામાં આવી છે, તે પ્રકાશના માર્ગ અને તરંગલંબાઇ વચ્ચેના તફાવતના ગુણાંકને રજૂ કરે છે:

જો બંને તરંગો દ્વારા બિંદુ M પર ઉત્તેજિત થયેલ ઓસિલેશન એક જ તબક્કામાં થાય અને તબક્કામાં તફાવત હોય તો આવું થશે:

જ્યાં m=1, 2, 3, ….

સ્ક્રીન પર મિનિમાના દેખાવ માટેની સ્થિતિ એ પ્રકાશ અર્ધ-તરંગોની બહુવિધતા છે:

(11.4.5)

આ કિસ્સામાં, ફિગ. 11.22a માં બિંદુ M પર બંને સુસંગત તરંગો દ્વારા ઉત્તેજિત પ્રકાશ તરંગોના ઓસિલેશન તબક્કાના તફાવત સાથે એન્ટિફેઝમાં થશે:

(11.4.6)

ચોખા. 11.21. દખલગીરી પેટર્નના મિનિમા અને મેક્સિમાની રચના માટેની શરતો

દખલગીરીનું ઉદાહરણ પાતળી ફિલ્મોમાં દખલગીરી છે. તે જાણીતું છે કે જો ગેસોલિન અથવા તેલ પાણી પર નાખવામાં આવે છે, તો રંગીન ડાઘા દેખાશે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે ગેસોલિન અથવા તેલ પાણી પર પાતળી ફિલ્મ બનાવે છે. પ્રકાશનો એક ભાગ ઉપરની સપાટીથી પ્રતિબિંબિત થાય છે અને બીજો ભાગ ઉપરથી પ્રતિબિંબિત થાય છે નીચેની સપાટી- બે મીડિયા વચ્ચેનું ઇન્ટરફેસ. આ તરંગો સુસંગત છે. ફિલ્મ (ફિગ. 11.22) ની ઉપરની અને નીચેની સપાટી પરથી પ્રતિબિંબિત કિરણો દખલ કરે છે, મેક્સિમા અને મિનિમા બનાવે છે. આમ, પાતળી ફિલ્મ પર દખલગીરી પેટર્ન દેખાય છે. પાણીની સપાટી પર ગેસોલિન અથવા તેલની ફિલ્મની જાડાઈમાં ફેરફાર વિવિધ લંબાઈના તરંગો માટેના પાથ તફાવતમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે અને પરિણામે, પટ્ટાઓના રંગમાં ફેરફાર થાય છે.

ચોખા. 11.22 પાતળી ફિલ્મોમાં દખલગીરી

દખલગીરીના ઉપયોગમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ સિદ્ધિઓમાંની એક અંતર માપવા માટે અલ્ટ્રા-ચોક્કસ ઉપકરણની રચના છે - મિશેલસન ઇન્ટરફેરોમીટર(ફિગ. 11.24). મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશ પેટર્નની મધ્યમાં સ્થિત અર્ધપારદર્શક અરીસા પર પડે છે, જે બીમને વિભાજિત કરે છે. પ્રકાશનો એક કિરણ ફિગ. 11.23 ની ટોચ પર સ્થિત નિશ્ચિત અરીસામાંથી પ્રતિબિંબિત થાય છે, બીજો અંજીર 11.23 માં જમણી બાજુએ સ્થિત મૂવેબલ મિરરમાંથી પ્રતિબિંબિત થાય છે. પ્રકાશ તરંગ હસ્તક્ષેપ રેકોર્ડર પર એકબીજા સાથે દખલ કરીને, બંને બીમ નિરીક્ષણ બિંદુ પર પાછા ફરે છે. ચતુર્થાંશ તરંગલંબાઇ દ્વારા જંગમ અરીસાને સ્થાનાંતરિત કરવાથી શ્યામ પટ્ટાઓ સાથે પ્રકાશ પટ્ટાઓ બદલવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં પ્રાપ્ત કરેલ અંતર માપનની ચોકસાઈ 10 -4 મીમી છે. માઇક્રોસ્કોપિક જથ્થાના કદને માપવા માટેની આ સૌથી વધુ સચોટ પદ્ધતિઓમાંની એક છે, જે તમને પ્રકાશની તરંગલંબાઇ સાથે તુલનાત્મક ચોકસાઈ સાથે અંતરને માપવા દે છે.

આધુનિક ઉચ્ચ-તકનીકી સ્થાપનો, ઉદાહરણ તરીકે, CERN ખાતેના લાર્જ હેડ્રોન કોલાઈડરના તત્વો, પ્રકાશની તરંગલંબાઈની ચોકસાઈ સાથે ટ્યુન કરવામાં આવે છે.

ચોખા. 11.23. મિશેલસન ઇન્ટરફેરોમીટર

વિવર્તન. વિવર્તનની ઘટનાની પ્રાયોગિક શોધ એ પ્રકાશના તરંગ સિદ્ધાંતની માન્યતાની બીજી પુષ્ટિ હતી.

1819 માં પેરિસ એકેડેમી ઓફ સાયન્સમાં, એ. ફ્રેસ્નેલે પ્રકાશનો તરંગ સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો, જેણે વિવર્તન અને દખલગીરીની ઘટનાને સમજાવી. તરંગ સિદ્ધાંત મુજબ, અપારદર્શક ડિસ્ક પર પ્રકાશનું વિવર્તન ડિસ્કના મધ્યમાં એક તેજસ્વી સ્થળના દેખાવ તરફ દોરી જવું જોઈએ, કારણ કે ડિસ્કની મધ્યમાં કિરણોના માર્ગમાં તફાવત શૂન્ય છે. પ્રયોગે આ ધારણાની પુષ્ટિ કરી (ફિગ. 11.24). હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંત મુજબ, ડિસ્કના કિનાર પરના બિંદુઓ ગૌણ પ્રકાશ તરંગોના સ્ત્રોત છે, અને તેઓ એકબીજા સાથે સુસંગત છે. તેથી, પ્રકાશ ડિસ્કની પાછળના પ્રદેશમાં પ્રવેશ કરે છે.

વિવર્તનઅવરોધોની આસપાસ તરંગોની ઘટના કહેવાય છે. જો તરંગલંબાઇ લાંબી હોય, તો તરંગ અવરોધને ધ્યાનમાં લેતા નથી. જો તરંગલંબાઇ અવરોધના કદ સાથે તુલનાત્મક હોય, તો સ્ક્રીન પર અવરોધના પડછાયાની સીમા ઝાંખી થઈ જશે.

ચોખા. 11.24. અપારદર્શક ડિસ્કમાંથી વિવર્તન

એક સ્લિટ દ્વારા પ્રકાશનું વિવર્તન વૈકલ્પિક પ્રકાશ અને ઘેરા પટ્ટાઓના દેખાવમાં પરિણમે છે. વધુમાં, પ્રથમ લઘુત્તમ માટેની શરતનું સ્વરૂપ છે (ફિગ. 11.25):

તરંગલંબાઇ ક્યાં છે, d એ સ્લિટનું કદ છે.

સમાન આકૃતિ સીધી દિશામાંથી વિચલન θ ના કોણ પર પ્રકાશની તીવ્રતાની અવલંબન દર્શાવે છે.

ચોખા. 11.25. 1 લી મહત્તમ ની રચના માટે શરત.

વિવર્તનનું એક સરળ ઉદાહરણ આપણા માટે અવલોકન કરી શકાય છે: જો આપણે હથેળીમાં નાના ચીરા દ્વારા અથવા સોયની આંખ દ્વારા રૂમના લાઇટ બલ્બને જોઈએ છીએ, તો આપણે પ્રકાશ સ્ત્રોતની આસપાસ એકાગ્ર બહુ રંગીન વર્તુળો જોશું.

વિવર્તનની ઘટનાના ઉપયોગ પર આધારિત કામ કરે છે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપ- ડિફ્રેક્શન ગ્રેટિંગ (ફિગ. 11.26) નો ઉપયોગ કરીને તરંગલંબાઇના ખૂબ જ ચોક્કસ માપન માટેનું ઉપકરણ.

ચોખા. 11.26. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપ.

સ્પેક્ટ્રોસ્કોપની શોધ જોસેફ ફ્રેનહોફર દ્વારા કરવામાં આવી હતી પ્રારંભિક XIXસદી તેમાં, સ્લિટ્સ અને કોલિમેટીંગ લેન્સમાંથી પસાર થતો પ્રકાશ સમાંતર કિરણોના પાતળા કિરણમાં ફેરવાઈ ગયો. સ્ત્રોતમાંથી પ્રકાશ સાંકડી ચીરો દ્વારા કોલિમેટરમાં પ્રવેશે છે. સ્લિટ ફોકલ પ્લેનમાં છે. ટેલિસ્કોપ વિવર્તન જાળીની તપાસ કરે છે. જો પાઇપના ઝોકનો કોણ મહત્તમ (સામાન્ય રીતે પ્રથમ) તરફ નિર્દેશિત કોણ સાથે એકરુપ હોય, તો નિરીક્ષક તેજસ્વી પટ્ટા જોશે. તરંગલંબાઇ સ્ક્રીન પર પ્રથમ મહત્તમના સ્થાનના કોણ θ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. સારમાં, આ ઉપકરણ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે જે ફિગ. 11.25 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

તરંગલંબાઇ (આ અવલંબનને સ્પેક્ટ્રમ કહેવામાં આવે છે) પર પ્રકાશની તીવ્રતાની અવલંબન મેળવવા માટે, પ્રકાશને પ્રિઝમમાંથી પસાર કરવામાં આવ્યો હતો. તેમાંથી બહાર નીકળતી વખતે, વિખેરવાના પરિણામે, પ્રકાશ ઘટકોમાં વિભાજિત થયો હતો. ટેલિસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને, તમે રેડિયેશન સ્પેક્ટ્રાને માપી શકો છો. ફોટોગ્રાફિક ફિલ્મની શોધ પછી, વધુ ચોક્કસ સાધન બનાવવામાં આવ્યું હતું: સ્પેક્ટ્રોગ્રાફ. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપ જેવા જ સિદ્ધાંત પર કામ કરતા, તેમાં ઓબ્ઝર્વેશન ટ્યુબને બદલે કેમેરા હતો. વીસમી સદીના મધ્યમાં, કૅમેરાને ઇલેક્ટ્રોન ફોટોમલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબ દ્વારા બદલવામાં આવ્યો હતો, જે મોટા પ્રમાણમાં ચોકસાઈ અને વાસ્તવિક સમયના વિશ્લેષણ માટે પરવાનગી આપે છે.

બે અથવા થી પાણીની સપાટી પર તરંગોના પ્રસારનું અવલોકન વધુસ્ત્રોતો દર્શાવે છે કે તરંગો એકબીજાને અસર કર્યા વિના એક બીજામાંથી પસાર થાય છે. તે જ રીતે તેઓ એકબીજાને પ્રભાવિત કરતા નથી અને ધ્વનિ તરંગો. જ્યારે ઓર્કેસ્ટ્રા વગાડે છે, ત્યારે દરેક વાદ્યમાંથી અવાજો આપણને બરાબર એ જ આવે છે જાણે દરેક વાદ્ય અલગથી વગાડતું હોય.

આ પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત તથ્ય એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું છે કે, સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિની મર્યાદામાં, શરીરને એક દિશામાં સંકોચન અથવા ખેંચવું જ્યારે અન્ય કોઈપણ દિશામાં વિકૃત થાય ત્યારે તેમના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મોને અસર કરતું નથી. તેથી, દરેક બિંદુએ જે વિવિધ સ્ત્રોતોમાંથી તરંગો પહોંચે છે, તે કોઈપણ સમયે અનેક તરંગોની ક્રિયાનું પરિણામ છે સરવાળો સમાનદરેક તરંગના પરિણામો અલગથી. આ પેટર્નને સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત કહેવામાં આવે છે.

વેવ દખલગીરી.

સુપરપોઝિશન સિદ્ધાંતની સામગ્રીની ઊંડી સમજ મેળવવા માટે, ચાલો નીચેનો પ્રયોગ કરીએ.

તરંગ સ્નાનમાં, બે સળિયાવાળા વાઇબ્રેટરનો ઉપયોગ કરીને, અમે સમાન આવર્તન સાથે તરંગોના બે બિંદુ સ્ત્રોતો બનાવીશું

ખચકાટ અવલોકનો દર્શાવે છે કે આ કિસ્સામાં તરંગ સ્નાનમાં તરંગોના પ્રસારની વિશિષ્ટ પેટર્ન દેખાય છે. પાણીની સપાટી પર પટ્ટાઓ છે જ્યાં કોઈ કંપન નથી (ફિગ. 226).

ધ્વનિ તરંગો સાથેના પ્રયોગોમાં સમાન ઘટના મળી શકે છે. ચાલો બે ડાયનેમિક સ્પીકર્સ ઇન્સ્ટોલ કરીએ અને તેમને એકના આઉટપુટ સાથે કનેક્ટ કરીએ અવાજ જનરેટર. માં ટૂંકા અંતર ખસેડવું વર્ગખંડ, કાન દ્વારા તમે શોધી શકો છો કે અવકાશના કેટલાક બિંદુઓમાં અવાજ મોટો છે, અને અન્યમાં તે શાંત છે. બે સ્ત્રોતોમાંથી ધ્વનિ તરંગો અવકાશમાં અમુક બિંદુઓ પર એકબીજાને મજબૂત બનાવે છે અને અન્ય પર એકબીજાને નબળા પાડે છે (ફિગ. 227).

પરિણામી તરંગના કંપનવિસ્તારમાં વધારો અથવા ઘટાડો થવાની ઘટના જ્યારે સમાન ઓસિલેશન સમયગાળા સાથે બે અથવા વધુ તરંગો ઉમેરવામાં આવે છે ત્યારે તેને તરંગ હસ્તક્ષેપ કહેવામાં આવે છે.

તરંગ હસ્તક્ષેપની ઘટના સુપરપોઝિશનના સિદ્ધાંતનો વિરોધાભાસ કરતી નથી. ઓસિલેશનના શૂન્ય કંપનવિસ્તાર સાથેના બિંદુઓ પર, બે સામસામે આવતા તરંગો એકબીજાને "રદ" કરતા નથી; તે બંને ફેરફારો વિના આગળ પ્રચાર કરે છે.

દખલગીરી માટે લઘુત્તમ અને મહત્તમ શરતો.

ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર શૂન્ય છે

અવકાશમાં તે બિંદુઓ કે જેના પર સમાન કંપનવિસ્તાર અને આવર્તન સાથેના તરંગો ઓસિલેશન સમયગાળાના અડધા અથવા તેના દ્વારા ઓસિલેશનના તબક્કાના શિફ્ટ સાથે આવે છે. બે તરંગ સ્ત્રોતોના ઓસિલેશનના સમાન કાયદા સાથે, તફાવત એ ઓસિલેશન સમયગાળાનો અડધો હશે, જો કે તરંગ સ્ત્રોતોથી આ બિંદુ સુધીના અંતરમાં તફાવત અડધા તરંગલંબાઇ જેટલો હોય:

અથવા અર્ધ-તરંગોની વિચિત્ર સંખ્યા:

તફાવતને દખલ કરતી તરંગો અને સ્થિતિનો પાથ તફાવત કહેવામાં આવે છે

દખલગીરી લઘુત્તમ સ્થિતિ કહેવાય છે.

અંતરિક્ષ મેક્સિમા અવકાશમાં એવા બિંદુઓ પર જોવા મળે છે જ્યાં તરંગો સમાન ઓસિલેશન તબક્કા સાથે આવે છે. બે સ્ત્રોતોના ઓસિલેશનના સમાન નિયમને જોતાં, આ સ્થિતિને સંતોષવા માટે, પાથનો તફાવત તરંગોની પૂર્ણાંક સંખ્યા જેટલો હોવો જોઈએ:

સુસંગતતા.

જો સુસંગતતાની સ્થિતિ પૂરી થાય તો જ તરંગોની દખલ શક્ય છે. સુસંગતતા શબ્દનો અર્થ છે સુસંગતતા. સમાન આવર્તન સાથેના ઓસિલેશન અને સમય સાથે સતત તબક્કાના તફાવતને સુસંગત કહેવામાં આવે છે.

હસ્તક્ષેપ અને ઊર્જા સંરક્ષણનો કાયદો.

મિનિમા હસ્તક્ષેપના સ્થળોએ બે તરંગોની ઊર્જા ક્યાં અદૃશ્ય થઈ જાય છે? જો આપણે ફક્ત એક જ સ્થાનને ધ્યાનમાં લઈએ જ્યાં બે તરંગો મળે છે, તો આવા પ્રશ્નનો સાચો જવાબ આપી શકાતો નથી. તરંગ પ્રસાર એ અવકાશમાં વ્યક્તિગત બિંદુઓ પર સ્વતંત્ર ઓસિલેશન પ્રક્રિયાઓનો સમૂહ નથી. તરંગ પ્રક્રિયાનો સાર એ છે કે અવકાશના એક બિંદુથી બીજા સ્થાને ઓસિલેશન ઊર્જાનું સ્થાનાંતરણ, વગેરે. જ્યારે તરંગો મિનિમા હસ્તક્ષેપના સ્થળોએ દખલ કરે છે, ત્યારે પરિણામી ઓસિલેશનની ઊર્જા વાસ્તવમાં બે દખલ કરતા તરંગોની ઊર્જાના સરવાળા કરતાં ઓછી હોય છે. . પરંતુ દખલગીરી મેક્સિમાના સ્થળોમાં, પરિણામી ઓસિલેશનની ઊર્જા દખલકારી તરંગોની ઊર્જાના સરવાળા કરતાં બરાબર એ જ રકમ કરતાં વધી જાય છે જેટલી દખલગીરીના સ્થળોની ઊર્જામાં ઘટાડો થયો છે. જ્યારે તરંગો દખલ કરે છે, ત્યારે ઓસિલેશન ઊર્જા અવકાશમાં પુનઃવિતરિત થાય છે, પરંતુ તે જ સમયે ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદાનું સખતપણે પાલન કરવામાં આવે છે.

તરંગ અપૂર્ણાંક.

જો તમે તરંગના માર્ગમાં અવરોધમાં છિદ્રનું કદ ઘટાડશો, તો છિદ્રનું કદ જેટલું નાનું હશે, તરંગો પ્રસરણની લંબચોરસ દિશાથી વધુ વિચલનો અનુભવશે (ફિગ. 228, a, b) . અવરોધની સીમા પર સીધી રેખામાંથી તરંગ પ્રસારની દિશાના વિચલનને તરંગ વિવર્તન કહેવામાં આવે છે.

ધ્વનિ તરંગોના વિવર્તનનું અવલોકન કરવા માટે, અમે ધ્વનિ જનરેટરના આઉટપુટ સાથે લાઉડસ્પીકરને જોડીએ છીએ અને ધ્વનિ તરંગોના માર્ગમાં સામગ્રીથી બનેલી સ્ક્રીન મૂકીએ છીએ.

ધ્વનિ તરંગોને શોષી લે છે. માઇક્રોફોનને સ્ક્રીનની પાછળ ખસેડીને, તમે શોધી શકો છો કે ધ્વનિ તરંગો પણ સ્ક્રીનની ધારની પાછળ રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે. બદલાતી આવર્તન ધ્વનિ સ્પંદનોઅને આમ ધ્વનિ તરંગોની લંબાઈ, તે સ્થાપિત કરી શકાય છે કે વિવર્તનની ઘટના વધતી તરંગલંબાઇ સાથે વધુ ધ્યાનપાત્ર બને છે.

તરંગોનું વિવર્તન ત્યારે થાય છે જ્યારે તેઓ કોઈપણ આકાર અને કદના અવરોધનો સામનો કરે છે. સામાન્ય રીતે, જ્યારે તરંગલંબાઈની તુલનામાં અવરોધ અથવા અવરોધમાં છિદ્રનું કદ મોટું હોય છે, ત્યારે તરંગનું વિવર્તન થોડું ધ્યાનપાત્ર હોય છે. જ્યારે તરંગો તરંગલંબાઇના ક્રમ પર પરિમાણો સાથેના ઓપનિંગમાંથી પસાર થાય છે અથવા જ્યારે સમાન પરિમાણોના અવરોધોનો સામનો કરે છે ત્યારે વિવર્તન સૌથી વધુ સ્પષ્ટ રીતે પ્રગટ થાય છે. તરંગોના સ્ત્રોત, અવરોધ અને જ્યાં તરંગો જોવા મળે છે તે સ્થળ વચ્ચેના પૂરતા પ્રમાણમાં મોટા અંતરે, વિવર્તનની ઘટના પણ ત્યારે થઈ શકે છે જ્યારે મોટા કદછિદ્રો અથવા અવરોધો.

હ્યુજેન્સ-ફ્રેસ્નેલ સિદ્ધાંત.

હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંતના આધારે વિવર્તનની ઘટનાનું ગુણાત્મક સમજૂતી આપી શકાય છે. જો કે, હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત તરંગોના પ્રસારની તમામ વિશેષતાઓને સમજાવી શકતો નથી. ચાલો તરંગ સ્નાનમાં પ્લેન તરંગોના માર્ગમાં વિશાળ છિદ્ર સાથે અવરોધ મૂકીએ. અનુભવ દર્શાવે છે કે તરંગો છિદ્રમાંથી પસાર થાય છે અને બીમની મૂળ દિશા સાથે પ્રચાર કરે છે. છિદ્રમાંથી તરંગો અન્ય દિશામાં પ્રચાર કરતા નથી. આ હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંતનો વિરોધાભાસ કરે છે, જે મુજબ ગૌણ તરંગોએ પ્રાથમિક તરંગ દ્વારા પહોંચેલા બિંદુઓથી તમામ દિશામાં પ્રચાર કરવો જોઈએ.

ચાલો તરંગોના માર્ગમાં વિશાળ અવરોધ મૂકીએ. અનુભવ દર્શાવે છે કે તરંગો અવરોધની બહાર પ્રચાર કરતા નથી, જે ફરીથી હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંતનો વિરોધાભાસ કરે છે. જ્યારે તરંગો અવરોધોનો સામનો કરે છે ત્યારે જોવા મળતી ઘટનાઓને સમજાવવા માટે, 1815માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી ઓગસ્ટિન ફ્રેસ્નેલ (1788-1827) એ ગૌણ તરંગોની સુસંગતતા અને તેમની દખલગીરી વિશેના વિચારો સાથે હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંતને પૂરક બનાવ્યો હતો. હ્યુજેન્સ-ફ્રેસ્નેલ સિદ્ધાંત અનુસાર વિશાળ છિદ્રની પાછળના પ્રાથમિક તરંગના બીમની દિશાથી દૂર તરંગોની ગેરહાજરી એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે ગૌણ સુસંગત તરંગો ઉત્સર્જિત થાય છે. વિવિધ વિસ્તારોછિદ્રો એકબીજા સાથે દખલ કરે છે. તે સ્થળોએ કોઈ તરંગો નથી જ્યાં વિવિધ વિસ્તારોમાંથી ગૌણ તરંગો માટે દખલગીરી મિનિમાની શરતો પૂરી થાય છે.

તરંગ ધ્રુવીકરણ.

દખલગીરી અને વિવર્તન અસાધારણ ઘટના

રેખાંશ અને ત્રાંસી તરંગોના પ્રચાર દરમિયાન બંને જોવા મળે છે. જો કે, ત્રાંસી તરંગોમાં એક ગુણધર્મ હોય છે જે રેખાંશ તરંગો પાસે નથી - ધ્રુવીકરણની મિલકત.

ધ્રુવીકૃત તરંગ એ ત્રાંસી તરંગ છે જેમાં તમામ કણો એક જ પ્લેનમાં ઓસીલેટ થાય છે. રબરની દોરીમાં પ્લેન-પોલરાઇઝ્ડ તરંગ ઉત્પન્ન થાય છે જ્યારે દોરીનો છેડો એક પ્લેનમાં ઓસીલેટ થાય છે. જો દોરીનો છેડો જુદી જુદી દિશામાં વાઇબ્રેટ થાય છે, તો દોરીની સાથે પ્રસરી રહેલી તરંગનું ધ્રુવીકરણ થતું નથી.

આ તરંગનું ધ્રુવીકરણ તેના માર્ગમાં એક સાંકડી સ્લિટના રૂપમાં ઓપનિંગ સાથે અવરોધ મૂકીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. સ્લોટ તેની સાથે થતા કોર્ડના માત્ર સ્પંદનોને મંજૂરી આપે છે. તેથી, સ્લિટમાંથી પસાર થયા પછી, સ્લિટ (ફિગ. 229) ના પ્લેનમાં તરંગનું ધ્રુવીકરણ થાય છે. જો પ્લેન-પોલરાઇઝ્ડ તરંગના માર્ગ પર બીજા સ્લિટને પ્રથમની સમાંતર મૂકવામાં આવે છે, તો તરંગ તેમાંથી મુક્તપણે પસાર થાય છે. પ્રથમની તુલનામાં બીજા સ્લિટને 90° દ્વારા ફેરવવાથી દોરીમાં તરંગોના પ્રસારની પ્રક્રિયા અટકી જાય છે.

એક ઉપકરણ જે બધાથી અલગ છે શક્ય વધઘટ, એક પ્લેન (પ્રથમ સ્લિટ) માં બનતું, તેને પોલરાઇઝર કહેવામાં આવે છે. એક ઉપકરણ જે તમને તરંગ (બીજા સ્લિટ) ના ધ્રુવીકરણના પ્લેનને નિર્ધારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે તેને વિશ્લેષક કહેવામાં આવે છે.