ტალღების ჩარევა და დიფრაქცია. დოპლერის ეფექტი. მდგარი ტალღა და ქანქარა. აკუსტიკური ტალღები. სინათლის ტალღური თვისებები. დიფრაქცია. ჩარევა. დისპერსია

ეს სტატია განიხილავს ჩარევის ფიზიკურ ფენომენს: რა არის ეს, როდის ხდება და როგორ გამოიყენება. ტალღის ფიზიკაში დაკავშირებული კონცეფცია, დიფრაქცია, ასევე დეტალურად არის განხილული.

ტალღების სახეები

როდესაც სიტყვა "ტალღა" ჩნდება წიგნში ან საუბარში, მაშინ, როგორც წესი, მაშინვე წარმოიქმნება ზღვა: ცისფერი სივრცე, განუზომელი მანძილი, ერთმანეთის მიყოლებით, მარილიანი ტალღები ნაპირზე მიედინება. სტეპების მკვიდრი წარმოიდგენს განსხვავებულ ხედს: ბალახის უზარმაზარ სივრცეს, ის ირხევა რბილი ნივის ქვეშ. ვიღაც სხვას დაიმახსოვრებს ტალღებს, მძიმე ფარდის ნაკეცებს ან მზიან დღეს დროშის ფრიალებს. მათემატიკოსი იფიქრებს სინუსურ ტალღაზე, რადიომოყვარული იფიქრებს ელექტრომაგნიტურ რხევებზე. ყველა მათგანი განსხვავებული ხასიათისაა და დაკავშირებულია განსხვავებული ტიპები. მაგრამ ერთი რამ უდაოა: ტალღა არის წონასწორობიდან გადახრის მდგომარეობა, რაღაც „გლუვი“ კანონის რხევადად გადაქცევა. მათთვის არის ისეთი ფენომენი, როგორიცაა ჩარევა. ჩვენ შევხედავთ რა არის და როგორ წარმოიქმნება ცოტა მოგვიანებით. პირველი, მოდით გაერკვნენ, რა არის ტალღები. ჩვენ ჩამოვთვლით შემდეგ ტიპებს:

• მექანიკური;
• ქიმიური;
• ელექტრომაგნიტური;
• გრავიტაციული;
• დატრიალება;
• სავარაუდო.

ფიზიკის თვალსაზრისით, ტალღები გადასცემს ენერგიას. მაგრამ ხდება ისე, რომ მასაც მოძრაობს. პასუხის გაცემისას რა არის ჩარევა ფიზიკაში, უნდა აღინიშნოს, რომ ის დამახასიათებელია აბსოლუტურად ნებისმიერი ბუნების ტალღებისთვის.

ტალღების განსხვავების ნიშნები

უცნაურად საკმარისია, რომ ტალღის ერთი განმარტება არ არსებობს. მათი ტიპები იმდენად მრავალფეროვანია, რომ მხოლოდ ათზე მეტი კლასიფიკაციის ტიპი არსებობს. რა ნიშნებით გამოირჩევა ტალღები?

1. გარემოში განაწილების მეთოდის მიხედვით (სირბილი ან დგომა).
2. თავად ტალღის ბუნებით (ოსცილატორული და სოლიტონები განსხვავდებიან ზუსტად ამის საფუძველზე).
3. გარემოში განაწილების ტიპის მიხედვით (გრძივი, განივი).
4. წრფივი ხარისხის მიხედვით (წრფივი ან არაწრფივი).
5. გარემოს თვისებების მიხედვით, რომელშიც ისინი მრავლდებიან (დისკრეტული, უწყვეტი).
6. ფორმა (ბრტყელი, სფერული, სპირალური).
7. ფიზიკური გავრცელების საშუალების (მექანიკური, ელექტრომაგნიტური, გრავიტაციული) მახასიათებლების მიხედვით.
8. საშუალო ნაწილაკების ვიბრაციის მიმართულებით (შეკუმშვის ან ათვლის ტალღები).
9. მედიუმის აღგზნებისათვის საჭირო დროის მიხედვით (ერთი, მონოქრომატული, ტალღური პაკეტი).

და ჩარევა გამოიყენება ნებისმიერი ტიპის გარემოსდაცვითი დარღვევებისთვის. რა არის განსაკუთრებული ამ კონცეფციაში და რატომ აქცევს ზუსტად ეს ფენომენი ჩვენს სამყაროს ისეთად, როგორიც არის, ტალღის მახასიათებლების მოყვანის შემდეგ გეტყვით.

ტალღის მახასიათებლები

ტალღების ტიპისა და ტიპის მიუხედავად, მათ ყველას აქვთ Ზოგადი მახასიათებლები. აქ არის სია:

1. სავარცხელი ერთგვარი მაქსიმუმია. შეკუმშვის ტალღებისთვის, ეს არის საშუალო სიმკვრივის ადგილი. წარმოადგენს წონასწორობის მდგომარეობიდან რხევის უდიდეს დადებით გადახრას.
2. ღრუ (ზოგიერთ შემთხვევაში ხეობა) ქედის საპირისპიროა. მინიმალური, ყველაზე დიდი უარყოფითი გადახრა წონასწორობის მდგომარეობიდან.
3. დროის პერიოდულობა, ან სიხშირე, არის დრო, რომელიც სჭირდება ტალღის გადაადგილებას ერთი მაქსიმუმიდან მეორეზე.
4. სივრცითი პერიოდულობა, ანუ ტალღის სიგრძე, არის მანძილი მიმდებარე მწვერვალებს შორის.
5. ამპლიტუდა არის მწვერვალების სიმაღლე. სწორედ ეს განსაზღვრება იქნება საჭირო იმის გასაგებად, თუ რა არის ტალღის ჩარევა.

ჩვენ დეტალურად განვიხილეთ ტალღა, მისი მახასიათებლები და სხვადასხვა კლასიფიკაცია, რადგან „ჩარევის“ ცნება არ შეიძლება აიხსნას ისეთი ფენომენის მკაფიო გაგების გარეშე, როგორიცაა გარემოს დარღვევა. შეგახსენებთ, რომ ჩარევას მხოლოდ ტალღებისთვის აქვს აზრი.

ტალღის ურთიერთქმედება

ახლა ჩვენ მივუახლოვდით "ჩარევის" კონცეფციას: რა არის ის, როდის ხდება და როგორ განვსაზღვროთ იგი. ზემოთ ჩამოთვლილი ტალღების ყველა ტიპი, ტიპი და მახასიათებელი დაკავშირებული იყო იდეალურ შემთხვევასთან. ეს იყო „სფერული ცხენის ვაკუუმში“ აღწერილობები, ანუ გარკვეული თეორიული კონსტრუქციები, რომლებიც რეალურ სამყაროში შეუძლებელია. მაგრამ პრაქტიკაში, ირგვლივ მთელი სივრცე გაჟღენთილია სხვადასხვა ტალღებით. სინათლე, ხმა, სითბო, რადიო, ქიმიური პროცესები- ეს არის გარემო. და ყველა ეს ტალღა ურთიერთქმედებს. ერთი რამ უნდა აღინიშნოს, რომ იმისათვის, რომ მათ გავლენა მოახდინონ ერთმანეთზე, მათ უნდა ჰქონდეთ მსგავსი მახასიათებლები.

ბგერითი ტალღები ვერანაირად ვერ შეუშლის ხელს სინათლეს და რადიოტალღები არანაირად არ ურთიერთქმედებენ ქართან. რა თქმა უნდა, ჯერ კიდევ არსებობს გავლენა, მაგრამ ის იმდენად მცირეა, რომ მისი ეფექტი უბრალოდ არ არის გათვალისწინებული. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც ვხსნით რა არის სინათლის ჩარევა, ვარაუდობენ, რომ ერთი ფოტონი გავლენას ახდენს მეორეზე, როდესაც ის ხვდება. ასე რომ, მეტი დეტალი.

ჩარევა

მრავალი ტიპის ტალღისთვის მოქმედებს სუპერპოზიციის პრინციპი: როდესაც ისინი ხვდებიან სივრცის ერთ წერტილში, ურთიერთქმედებენ. ენერგიის გაცვლა აისახება ამპლიტუდის ცვლილებაში. ურთიერთქმედების კანონი ასეთია: თუ ორი მაქსიმუმი ერთ წერტილში ხვდება, მაშინ საბოლოო ტალღაში მაქსიმალური ინტენსივობა ორმაგდება; თუ მაქსიმუმი და მინიმალური ხვდება, მაშინ მიღებული ამპლიტუდა ხდება ნული. ეს არის ნათელი პასუხი კითხვაზე, რა არის სინათლისა და ბგერის ჩარევა. ეს არსებითად სუპერპოზიციის ფენომენია.

ტალღების ჩარევა სხვადასხვა მახასიათებლებით

ზემოთ აღწერილი მოვლენა წარმოადგენს ორი იდენტური ტალღის შეხვედრას წრფივ სივრცეში. თუმცა, ორ კონტრგავრცელებულ ტალღას შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული სიხშირე, ამპლიტუდა და სიგრძე. როგორ წარმოვადგინოთ საბოლოო სურათი ამ შემთხვევაში? პასუხი მდგომარეობს იმაში, რომ შედეგი არ იქნება ზუსტად ტალღის მსგავსი. ანუ დაირღვევა მონაცვლეობითი მაქსიმუმებისა და მინიმუმების მკაცრი რიგი: რაღაც მომენტში ამპლიტუდა იქნება მაქსიმალური, შემდეგში - ნაკლები, შემდეგ მაქსიმუმი და მინიმალური შეხვდება და შედეგი ნულამდე მივა. თუმცა, რაც არ უნდა ძლიერი იყოს განსხვავება ორ ტალღას შორის, ამპლიტუდა მაინც მეორდება ადრე თუ გვიან. მათემატიკაში ჩვეულებრივია საუბარი უსასრულობაზე, მაგრამ სინამდვილეში ხახუნისა და ინერციის ძალებს შეუძლიათ შეაჩერონ წარმოქმნილი ტალღის არსებობა მანამ, სანამ მწვერვალების, ხეობებისა და დაბლობების ნიმუში განმეორდება.

ტალღების ჩარევა კუთხით

მაგრამ გარდა ამისა საკუთარი მახასიათებლებირეალურ ტალღებს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული პოზიცია სივრცეში. მაგალითად, როდესაც განიხილავს რა არის ხმის ჩარევა, ეს უნდა იქნას გათვალისწინებული. წარმოიდგინეთ: ბიჭი დადის და უსტვენს. ის აგზავნის ხმის ტალღას თავის წინ. კიდევ ერთი ბიჭი ველოსიპედით მიდის გვერდით და რეკავს ზარს ისე, რომ ფეხით მოსიარულე განზე გადადის. სადაც ეს ორი ბგერითი ტალღა ხვდება, ისინი იკვეთება გარკვეული კუთხით. როგორ გამოვთვალოთ ჰაერის საბოლოო ვიბრაციის ამპლიტუდა და ფორმა, რომელიც გაფრინდება, მაგალითად, მზესუმზირის თესლის უახლოეს გამყიდველთან, ბებია მაშასთან? აქ ძალაში შედის ხმის ტალღის ვექტორული კომპონენტი. და ამ შემთხვევაში საჭიროა არა მხოლოდ ამპლიტუდის მნიშვნელობების, არამედ ამ რხევების გავრცელების ვექტორების დამატება ან გამოკლება. ვიმედოვნებთ, რომ ბებია მაშა ზედმეტად არ იყვირებს ხმაურიან ბიჭებს.

სინათლის ჩარევა სხვადასხვა პოლარიზაციასთან

ასევე ხდება, რომ სხვადასხვა პოლარიზაციის ფოტონები ერთმანეთს ხვდებიან. ამ შემთხვევაში მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ვექტორული კომპონენტიც ელექტრომაგნიტური ვიბრაციები. თუ ისინი არ არიან ერთმანეთის პერპენდიკულარული ან სინათლის ერთ-ერთ სხივს აქვს წრიული ან ელიფსური პოლარიზაცია, მაშინ ურთიერთქმედება სავსებით შესაძლებელია. კრისტალების ოპტიკური სისუფთავის განსაზღვრის რამდენიმე მეთოდი ეფუძნება ამ პრინციპს: არ უნდა იყოს ურთიერთქმედება პერპენდიკულარულად პოლარიზებულ სხივებში. თუ სურათი დამახინჯებულია, მაშინ ბროლი არ არის იდეალური, ის ცვლის სხივების პოლარიზაციას, რაც ნიშნავს, რომ ის არასწორად გაიზარდა.

ჩარევა და დიფრაქცია

სინათლის ორი სხივის ურთიერთქმედება იწვევს მათ ჩარევას, რის შედეგადაც დამკვირვებელი ხედავს სინათლის (მაქსიმას) და მუქ (მინიმალურ) ზოლებს ან რგოლებს. მაგრამ სინათლისა და მატერიის ურთიერთქმედებას ახლავს სხვა ფენომენი – დიფრაქცია. იგი ემყარება იმ ფაქტს, რომ სხვადასხვა ტალღის სიგრძის სინათლე გარემოს მიერ განსხვავებულად ირღვევა. მაგალითად, თუ ტალღის სიგრძე 300 ნანომეტრია, მაშინ გადახრის კუთხე არის 10 გრადუსი, ხოლო თუ 500 ნანომეტრი - უკვე 12. ამრიგად, როდესაც სინათლე ეცემა კვარცის პრიზმაზე. მზის სხივი, წითელი იისფერისგან განსხვავებულად ირღვევა (მათი ტალღის სიგრძე განსხვავებულია) და დამკვირვებელი ხედავს ცისარტყელას. ეს არის პასუხი კითხვაზე, თუ რა არის სინათლის ჩარევა და დიფრაქცია და როგორ განსხვავდებიან ისინი. თუ მონოქრომატულ გამოსხივებას ლაზერიდან იმავე პრიზმაზე მიმართავთ, ცისარტყელა არ იქნება, რადგან არ არსებობს სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ფოტონები. სხივი უბრალოდ გადაიხრება გავრცელების საწყისი მიმართულებიდან გარკვეული კუთხით და ეს ყველაფერია.

ინტერფერენციის ფენომენის გამოყენება პრაქტიკაში

ამ წმინდა თეორიული ფენომენისგან პრაქტიკული სარგებლის მოპოვების მრავალი შესაძლებლობა არსებობს. აქ მხოლოდ ძირითადი იქნება ჩამოთვლილი:

1. ბროლის ხარისხის კვლევა. ამაზე ცოტა მაღლა ვისაუბრეთ.
2. ლინზების შეცდომების იდენტიფიცირება. ხშირად ისინი უნდა იყოს დაფქული სრულყოფილ სფერულ ფორმაში. ნებისმიერი დეფექტის არსებობა გამოვლენილია ზუსტად ჩარევის ფენომენის გამოყენებით.
3. ფირის სისქის განსაზღვრა. წარმოების ზოგიერთ სახეობაში, ფილმის მუდმივი სისქე, მაგალითად, პლასტიკური, ძალიან მნიშვნელოვანია. ეს არის ჩარევის ფენომენი დიფრაქციასთან ერთად, რაც შესაძლებელს ხდის მისი ხარისხის განსაზღვრას.
4. განმანათლებლური ოპტიკა. სათვალეები, კამერის ლინზები და მიკროსკოპები დაფარულია თხელი ფირით. ამრიგად, გარკვეული სიგრძის ელექტრომაგნიტური ტალღები უბრალოდ აირეკლება და თავს იყრის საკუთარ თავზე, რაც ამცირებს ჩარევას. ყველაზე ხშირად, გაწმენდა ხდება ოპტიკური სპექტრის მწვანე ნაწილში, რადგან ეს არის ზუსტად ეს რეგიონი ადამიანის თვალისაუკეთესოდ აღიქვამს.
5. კოსმოსის კვლევა. იცოდნენ ჩარევის კანონები, ასტრონომებს შეუძლიათ განასხვავონ ორი ახლოს მდებარე ვარსკვლავის სპექტრი და დაადგინონ მათი შემადგენლობა და მანძილი დედამიწამდე.
6. თეორიული კვლევა. ერთხელ, ჩარევის ფენომენის დახმარებით შესაძლებელი გახდა ტალღური ბუნების დამტკიცება ელემენტარული ნაწილაკებიროგორიცაა ელექტრონები და პროტონები. ამან დაადასტურა მიკროსამყაროს ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის ჰიპოთეზა და აღნიშნა კვანტური ეპოქის დასაწყისი.

ვიმედოვნებთ, რომ ამ სტატიით თქვენი ცოდნა თანმიმდევრული (გამოსხივებული წყაროებით, რომლებსაც აქვთ მუდმივი ფაზის სხვაობა და იგივე სიხშირე) ტალღების სუპერპოზიცია მნიშვნელოვნად გაფართოვდა. ამ ფენომენს ჩარევა ეწოდება.

ქვას რომ ესროლო, ის პირდაპირ გაფრინდება. ის შეიძლება შეეჯახოს დაბრკოლებას და გადმოხტება. თუ ის დაეჯახება თვითმფრინავს, რომელიც მდებარეობს მისი ფრენის მიმართულების კუთხით, ის გადახტება გვერდზე.

მაგრამ ქვას არავითარ შემთხვევაში არ შეეძლება დაბრკოლების გარშემო გავლა. თუ, რა თქმა უნდა, თქვენ არ დაეხმარებით მას. ანუ ის თვითონ ვერ შეძლებს ამას. ნებისმიერი სხეულის და, შესაბამისად, ნაწილაკების მოძრაობა ექვემდებარება ამ კანონს. ისინი ან გადახტნენ დაბრკოლებას, ან მიფრინავდნენ, მაგრამ არ დადიან მის გარშემო.

ტალღები განსხვავებულად იქცევიან. დააკვირდით თუ არა ამას, ძნელი არ არის გადამოწმება: ტალღა, რომელიც გადის დაბრკოლებას, ოდნავ იხრება მის გარშემო. ამავე დროს იცვლება მისი გავრცელების მიმართულება. მაგალითად, წყლის ტალღა, რომელმაც გაიარა ვიწრო ხვრელში, გაფართოვდება ლატერალურად, შემდგომში გავრცელებისას. თურმე მან დაბრკოლებას შემოუარა გახსნის საზღვრების სახით.

სინათლის გადახრა და სინათლის ტალღების დამატება

ყველა ტალღა ასე იქცევა, იქნება ეს მექანიკური თუ ელექტრომაგნიტური. ვინაიდან სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა, ის ასევე იქცევა. დაბრკოლების დამრგვალებისას წრფივი გავრცელებიდან სინათლის გადახრის ფენომენს სინათლის დიფრაქცია ეწოდება. მაგალითად, ჩრდილის ბუნდოვანი კიდეები არის სინათლის დიფრაქციის მაგალითი სხეულის საზღვარზე, რომელიც ქმნის ჩრდილს.

დიფრაქციის გამო, არსებობს კიდევ ერთი ფენომენი, რომელსაც ეწოდება სინათლის ჩარევა. სინათლის ჩარევა არის ორი ან მეტი სინათლის ტალღის ინტენსივობის დამატება. შედეგად, იქმნება სინათლის ინტენსივობის მაქსიმალური და მინიმალური ნიმუში.

სინათლის ჩარევა და დიფრაქცია ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ყველაზე პირდაპირი და უშუალო გზით. სინამდვილეში, ჩარევა დიფრაქციის შედეგია. შეიძლება ჩატარდეს ექსპერიმენტები ლაბორატორიულ პირობებში სინათლის ჩარევისა და დიფრაქციის დასაკვირვებლად. ამისათვის სინათლის სხივი გადის გაუმჭვირვალე მასალის ვიწრო ჭრილში, რომლის უკან ეკრანია განთავსებული.

ეკრანზე ჩნდება სინათლის ზოლი, რომელიც შესამჩნევად უფრო ფართო იქნება, ვიდრე ჭრილის ზომა. ეს აიხსნება სინათლის დიფრაქციით, რომელიც ჭრილში გავლისას ოდნავ მოხრილი იყო ორი დაბრკოლების ირგვლივ ჭრილის საზღვრების სახით და ამით სინათლის სხივი უფრო ფართო გახდა. თუ ჩვენ შევქმნით არა ერთ, არამედ ორ ჭრილს, რომელიც მდებარეობს იქვე, მაშინ ეკრანზე დავინახავთ არა ორი სინათლის ზოლს, არამედ სინათლისა და ჩრდილის მონაცვლეობითი ზოლების მთელ კომპლექტს. ამ შემთხვევაში, შუაში იქნება ერთი ყველაზე ნათელი ზოლი.

ეს არის სინათლის ჩარევის შედეგი და ჩვენ დავინახავთ ე.წ. ამ სურათის ახსნა მარტივი იქნება: თითოეულ ჭრილში დიფრაქციის გამო, სინათლის სხივები ფართოვდება და შემდგომი გავლის შემდეგ, ორი ტალღა ემატება ერთმანეთს.

უფრო მეტიც, ამ ტალღების ამპლიტუდა განსხვავდება სივრცის ყველა წერტილში. შესაბამისად, მთლიანი ტალღის საბოლოო ამპლიტუდა, რომელიც წარმოიქმნება ორი ტალღის დამატებით, დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ როგორ არის განაწილებული თავდაპირველი ტალღების ამპლიტუდა სივრცეში.

იმ ადგილას, სადაც ტალღების ამპლიტუდები მაქსიმალურია, შეინიშნება მთლიანი ტალღის მაქსიმუმი. სხვა ადგილებში, სადაც ამპლიტუდები არ არის ფაზაში, მთლიანი ამპლიტუდა იქნება ნული. დარჩენილი ადგილები ამ ორ საქმეს შორის გარდამავალ ეტაპზე იქნება.

დიფრაქციადა დისპერსიას- ისეთი ლამაზი და მსგავსი სიტყვები, რომელიც მუსიკას ჰგავს ფიზიკოსის ყურს! როგორც ყველამ უკვე მიხვდა, დღეს ჩვენ აღარ ვსაუბრობთ გეომეტრიულ ოპტიკაზე, არამედ ზუსტად გამოწვეულ ფენომენებზე. სინათლის ტალღოვანი ბუნება.

სინათლის დისპერსია

მაშ, რა არის სინათლის დისპერსიის ფენომენი? ჩვენ განვიხილეთ სინათლის გარდატეხის კანონი. მაშინ ჩვენ არ გვიფიქრია, უფრო სწორად, არ გვახსოვდა ეს შუქი ( ელექტრომაგნიტური ტალღა) აქვს გარკვეული სიგრძე. გავიხსენოთ:

Მსუბუქი- ელექტრომაგნიტური ტალღა. Ხილული სინათლე- ეს არის ტალღები, რომელთა სიგრძე 380-დან 770 ნანომეტრამდეა.

ასე რომ, ძველმა ნიუტონმა შენიშნა, რომ გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, წითელი შუქი, რომელიც ეცემა ზედაპირზე და ირღვევა, გადახრის სხვა კუთხით, ვიდრე ყვითელი, მწვანე და ა.შ. ამ დამოკიდებულებას ე.წ დისპერსიას.

თეთრი სინათლის პრიზმის გავლით, შეგიძლიათ შექმნათ სპექტრი, რომელიც შედგება ცისარტყელის ყველა ფერისგან. ეს ფენომენი პირდაპირ აიხსნება სინათლის დისპერსიით. ვინაიდან რეფრაქციული ინდექსი დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე, ეს ნიშნავს, რომ ის ასევე დამოკიდებულია სიხშირეზე. შესაბამისად, სინათლის სიჩქარე მატერიაში სხვადასხვა ტალღის სიგრძისთვის ასევე განსხვავებული იქნება

სინათლის დისპერსია- მატერიაში სინათლის სიჩქარის დამოკიდებულება სიხშირეზე.

სად გამოიყენება სინათლის დისპერსია? დიახ ყველგან! ეს არ არის მხოლოდ ლამაზი სიტყვა, მაგრამ ასევე ლამაზი ფენომენი. სინათლის გაფანტვა ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ბუნებაში, ტექნოლოგიასა და ხელოვნებაში. მაგალითად, დისპერსია გამოსახულია პინკ ფლოიდის ალბომის გარეკანზე.

სინათლის დიფრაქცია

დიფრაქციამდე, თქვენ უნდა თქვათ მის "მეგობარზე" - ჩარევა. ყოველივე ამის შემდეგ, სინათლის ჩარევა და დიფრაქცია არის ფენომენები, რომლებიც ერთდროულად შეინიშნება.

სინათლის ჩარევა- ეს მაშინ, როდესაც ორი თანმიმდევრული სინათლის ტალღა, როდესაც ზედმიწევნით აძლიერებს ერთმანეთს, ან, პირიქით, ასუსტებს ერთმანეთს.

ტალღები არის თანმიმდევრული, თუ მათი ფაზური სხვაობა დროში მუდმივია და მიმატებისას მიიღება იგივე სიხშირის ტალღა. გაძლიერდება თუ არა მიღებული ტალღა (ინტერფერენციული მაქსიმუმი) თუ პირიქით შესუსტდება (ინტერფერენტული მინიმუმი) დამოკიდებულია რხევების ფაზების განსხვავებაზე. ჩარევის დროს მაქსიმუმი და მინიმუმი ალტერნატიულია, ქმნიან ჩარევის შაბლონს.

სინათლის დიფრაქცია- ტალღის თვისებების კიდევ ერთი გამოვლინება. როგორც ჩანს, სინათლის სხივი ყოველთვის უნდა მოძრაობდეს სწორი ხაზით. Მაგრამ არა! დაბრკოლებას შეხვედრისას სინათლე გადახრის თავდაპირველ მიმართულებას, თითქოს დაბრკოლებას ირგვლივ მოძრაობს. რა პირობებია საჭირო სინათლის დიფრაქციის დასაკვირვებლად? სინამდვილეში, ეს ფენომენი შეინიშნება ნებისმიერი ზომის ობიექტებზე, მაგრამ დიდ ობიექტებზე დაკვირვება რთული და თითქმის შეუძლებელია. ეს საუკეთესოდ შეიძლება გაკეთდეს ტალღის სიგრძის ზომით შედარებულ დაბრკოლებებზე. სინათლის შემთხვევაში ეს ძალიან მცირე დაბრკოლებებია.

სინათლის დიფრაქციაარის მართკუთხა მიმართულებიდან სინათლის გადახრის ფენომენი დაბრკოლებასთან გავლისას.

დიფრაქცია ხდება არა მხოლოდ სინათლისთვის, არამედ სხვა ტალღებისთვისაც. მაგალითად, ხმისთვის. ან ზღვაზე ტალღებისთვის. დიფრაქციის შესანიშნავი მაგალითია ის, თუ როგორ გვესმის პინკ ფლოიდის სიმღერა გამვლელი მანქანიდან, როცა კუთხეში ვდგავართ. თუ ხმის ტალღა პირდაპირ გავრცელდებოდა, ის უბრალოდ ყურამდე არ მიაღწევდა და სრულ სიჩუმეში ვიდგებოდით. დამეთანხმებით, მოსაწყენია. მაგრამ დიფრაქცია ბევრად უფრო სახალისოა.

დიფრაქციის ფენომენის დასაკვირვებლად გამოიყენება სპეციალური მოწყობილობა - დიფრაქციული ბადე. დიფრაქციული ბადე არის დაბრკოლებების სისტემა, რომლებიც ზომით შედარებულია ტალღის სიგრძესთან. ეს არის სპეციალური პარალელური შტრიხები, რომლებიც ამოტვიფრულია ლითონის ან მინის ფირფიტის ზედაპირზე. მიმდებარე ღეროების ჭრილების კიდეებს შორის მანძილს გახეხვის პერიოდი ან მისი მუდმივი ეწოდება.

რა ემართება სინათლეს, როდესაც ის გადის დიფრაქციულ ბადეში? როდესაც სინათლის ტალღა ხვდება ბადეზე და ხვდება დაბრკოლებას, ის გადის გამჭვირვალე და გაუმჭვირვალე უბნების სისტემაში, რის შედეგადაც იგი იყოფა თანმიმდევრული სინათლის ცალკეულ სხივებად, რომლებიც დიფრაქციის შემდეგ ერევიან ერთმანეთს. თითოეული ტალღის სიგრძე გადახრილია გარკვეული კუთხით და სინათლე იშლება სპექტრად. შედეგად, ჩვენ ვაკვირდებით სინათლის დიფრაქციას ბადეზე

დიფრაქციის ფორმულა:

Აქ დ- გისოსების პერიოდი, ფი- სინათლის გადახრის კუთხე ბადეში გავლის შემდეგ, კ- დიფრაქციის მაქსიმალური რიგი, ლამბდა- ტალღის სიგრძე.

დღეს გავიგეთ, რა არის სინათლის დიფრაქციის და დისპერსიის ფენომენები. ოპტიკის კურსში ძალიან ხშირია პრობლემები ჩარევის, დისპერსიის და სინათლის დიფრაქციის თემაზე. სახელმძღვანელოების ავტორებს ძალიან უყვართ მსგავსი პრობლემები. იგივეს ვერ ვიტყვი მათზე, ვინც უნდა გადაჭრას. თუ გსურთ მარტივად გაუმკლავდეთ ამოცანებს, გაიგოთ თემა და ამავდროულად დაზოგოთ დრო, დაუკავშირდით. ისინი დაგეხმარებიან გაუმკლავდეთ ნებისმიერ ამოცანას!

სინათლის ტალღური ბუნება.მე-17 საუკუნეში ჰოლანდიელმა მეცნიერმა კრისტიან ჰიუგენსმა გამოთქვა მოსაზრება, რომ სინათლეს აქვს ტალღური ბუნება. თუ ობიექტის ზომა შედარებულია ტალღის სიგრძესთან, მაშინ, როგორც ჩანს, შუქი ეშვება ჩრდილის არეში და ჩრდილის საზღვარი ბუნდოვანი ჩანს. ამ ფენომენების ახსნა შეუძლებელია სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელებით. იდეა ეწინააღმდეგებოდა ი. ნიუტონის განცხადებებს, რომ სინათლე არის ნაწილაკების ნაკადი, მაგრამ სინათლის ტალღური ბუნება ექსპერიმენტულად დადასტურდა ისეთ მოვლენებში, როგორიცაა ჩარევა და დიფრაქცია.

ეს ტალღური ფენომენები შეიძლება აიხსნას ორი ცნების გამოყენებით: ჰაიგენსის პრინციპი და სინათლის თანმიმდევრულობა.

ჰიუგენსის პრინციპი.ჰიუგენსის პრინციპიარის შემდეგი: ტალღის ფრონტის ნებისმიერი წერტილი შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტარული ტალღების მეორად წყაროდ, რომელიც გავრცელდება თავდაპირველი მიმართულებით პირველადი ტალღის სიჩქარით.ამრიგად, პირველადი ტალღა შეიძლება ჩაითვალოს მეორადი ელემენტარული ტალღების ჯამად. ჰაიგენსის პრინციპის მიხედვით, პირველადი ტალღის ტალღის ფრონტის ახალი პოზიცია ემთხვევა ელემენტარული მეორადი ტალღების კონვერტის მრუდს (ნახ. 11.20).

ბრინჯი. 11.20. ჰიუგენსის პრინციპი.

თანმიმდევრულობა.იმისათვის, რომ მოხდეს დიფრაქცია და ჩარევა, უნდა დაკმაყოფილდეს სხვადასხვა სინათლის წყაროდან სინათლის ტალღების ფაზური სხვაობის მუდმივობის პირობა:

ტალღებს, რომელთა ფაზური სხვაობა მუდმივი რჩება, ეწოდება თანმიმდევრული.

ტალღის ფაზა არის მანძილისა და დროის ფუნქცია:

თანმიმდევრულობის მთავარი პირობაა სინათლის სიხშირის მუდმივობა. თუმცა, სინამდვილეში შუქი არ არის მკაცრად მონოქრომატული. ამრიგად, სინათლის სიხშირე და, შესაბამისად, ფაზური სხვაობა შეიძლება არ იყოს დამოკიდებული ერთ-ერთ პარამეტრზე (დრო ან მანძილი). თუ სიხშირე დროზე არ არის დამოკიდებული, თანმიმდევრულობა ეწოდება დროებითიდა როდესაც ეს არ არის დამოკიდებული მანძილზე - სივრცითი. პრაქტიკაში, როგორც ჩანს, ინტერფერენცია ან დიფრაქციული ნიმუში ეკრანზე ან არ იცვლება დროთა განმავლობაში (დროებითი თანმიმდევრულობით), ან ის შენარჩუნებულია, როდესაც ეკრანი მოძრაობს სივრცეში (სივრცითი თანმიმდევრობით).

სინათლის ჩარევა. 1801 წელს ინგლისელი ფიზიკოსიექიმმა და ასტრონომმა ტ. იუნგმა (1773 - 1829) მიიღო დამაჯერებელი დადასტურება სინათლის ტალღური ბუნების შესახებ და გაზომა სინათლის ტალღის სიგრძე. იანგის ექსპერიმენტის დიაგრამა წარმოდგენილია ნახაზზე 11.21. მოსალოდნელი ორი ხაზის ნაცვლად, თუ სინათლე იყო ნაწილაკები, მან დაინახა მონაცვლეობითი ზოლების სერია. ეს შეიძლება აიხსნას დაშვებით, რომ სინათლე არის ტალღა.

სინათლის ჩარევატალღის სუპერპოზიციის ფენომენს უწოდებენ. სინათლის ჩარევას ახასიათებს სტაციონარული (დროში მუდმივი) ჩარევის შაბლონის ფორმირება - რეგულარული მონაცვლეობა სინათლის ინტენსივობის გაზრდილი და შემცირებული უბნების სივრცეში, რაც გამოწვეულია თანმიმდევრული სინათლის ტალღების სუპერპოზიციით, ე.ი. ერთი და იგივე სიხშირის ტალღები მუდმივი ფაზის სხვაობით.

დამოუკიდებელი წყაროებიდან ტალღებს შორის მუდმივი ფაზის სხვაობის მიღწევა თითქმის შეუძლებელია. ამიტომ, შემდეგი მეთოდი ჩვეულებრივ გამოიყენება თანმიმდევრული სინათლის ტალღების მისაღებად. ერთი წყაროს შუქი რატომღაც იყოფა ორ ან მეტ სხივად და, როდესაც ისინი გაგზავნეს სხვადასხვა ბილიკებზე, შემდეგ ისინი იკრიბებიან. ეკრანზე დაფიქსირებული ჩარევის ნიმუში დამოკიდებულია ამ ტალღების ბილიკების განსხვავებაზე.

ჩარევის მაქსიმალური და მინიმალური პირობები.ორი ტალღის ერთნაირი სიხშირით და მუდმივი ფაზის სხვაობით ზემოქმედება იწვევს ეკრანზე გამოჩენას, მაგალითად, როდესაც შუქი ხვდება ორ ნაპრალს, ჩარევის ნიმუში - მონაცვლეობით მსუბუქი და მუქი ზოლები ეკრანზე. სინათლის ზოლების გამოჩენის მიზეზი არის ორი ტალღის ისე გადანაწილება, რომ მოცემულ წერტილში ორი მაქსიმუმი ემატება. როდესაც ტალღის მაქსიმალური და მინიმალური გადახურვა ხდება მოცემულ წერტილში, ისინი ანაზღაურებენ ერთმანეთს და ჩნდება მუქი ზოლი. ნახაზი 11.22a და სურათი 11.22b ასახავს პირობებს ეკრანზე სინათლის ინტენსივობის მინიმალური და მაქსიმალური ფორმირებისთვის. ამ ფაქტების ასახსნელად რაოდენობრივი დონეშემოვიღოთ შემდეგი აღნიშვნა: Δ – ბილიკის განსხვავება, d – მანძილი ორ ჭრილს შორის, – სინათლის ტალღის სიგრძე. ამ შემთხვევაში, მაქსიმალური მდგომარეობა, რომელიც ილუსტრირებულია ნახ. 11.22b-ზე, წარმოადგენს სინათლის გზასა და ტალღის სიგრძეს შორის სხვაობის ჯერადს:

ეს მოხდება იმ შემთხვევაში, თუ M წერტილში ორივე ტალღით აღგზნებული რხევები მოხდება ერთსა და იმავე ფაზაში და ფაზური სხვაობა არის:

სადაც m=1, 2, 3, ....

ეკრანზე მინიმუმების გამოჩენის პირობა არის სინათლის ნახევარტალღების სიმრავლე:

(11.4.5)

ამ შემთხვევაში, ორივე თანმიმდევრული ტალღით აღგზნებული სინათლის ტალღების რხევები M წერტილში ნახ. 11.22a მოხდება ანტიფაზაში ფაზური სხვაობით:

(11.4.6)

ბრინჯი. 11.21. ჩარევის ნიმუშის მინიმალური და მაქსიმალური ფორმირების პირობები

ჩარევის მაგალითია ჩარევა თხელ ფილმებში. ცნობილია, რომ თუ ბენზინს ან ზეთს წყალში ჩაუშვებენ, ფერადი ლაქები გამოჩნდება. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ბენზინი ან ზეთი ქმნის თხელ ფენას წყალზე. სინათლის ნაწილი აისახება ზედა ზედაპირიდან, ხოლო მეორე ნაწილი ქვედა ზედაპირი- ინტერფეისი ორ მედიას შორის. ეს ტალღები თანმიმდევრულია. ფილმის ზედა და ქვედა ზედაპირებიდან არეკლილი სხივები (ნახ. 11.22) ერევა, ქმნის მაქსიმუმს და მინიმუმს. ამრიგად, თხელ ფილმზე ჩნდება ჩარევის ნიმუში. წყლის ზედაპირზე ბენზინის ან ზეთის ფირის სისქის ცვლილება იწვევს სხვადასხვა სიგრძის ტალღების ბილიკის სხვაობის ცვლილებას და, შესაბამისად, ზოლების ფერის ცვლილებას.

ბრინჯი. 11.22 ჩარევა თხელ ფენებში

ჩარევის გამოყენების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევაა მანძილების საზომი ულტრა ზუსტი მოწყობილობის შექმნა - მაიკლსონის ინტერფერომეტრი(სურ. 11.24). მონოქრომატული შუქი ეცემა ნიმუშის ცენტრში მდებარე გამჭვირვალე სარკეს, რომელიც ყოფს სხივს. სინათლის ერთი სხივი აირეკლება 11.23-ის თავზე მდებარე ფიქსირებული სარკიდან, მეორე - მოძრავი სარკიდან, რომელიც მდებარეობს ნახ. 11.23-ზე მარჯვნივ. ორივე სხივი უბრუნდება დაკვირვების წერტილს, ერევა ერთმანეთს სინათლის ტალღის ჩარევის ჩამწერზე. მოძრავი სარკის მეოთხედი ტალღის სიგრძით გადაადგილება იწვევს ღია ზოლების ჩანაცვლებას მუქი ზოლებით. მანძილის გაზომვის სიზუსტე ამ შემთხვევაში არის 10 -4 მმ. ეს არის მიკროსკოპული რაოდენობების ზომის გაზომვის ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტი მეთოდი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ მანძილი სინათლის ტალღის სიგრძესთან შედარებით სიზუსტით.

თანამედროვე მაღალტექნოლოგიური დანადგარები, მაგალითად, დიდი ადრონული კოლაიდერის ელემენტები CERN-ში, სიზუსტით არის მორგებული სინათლის ტალღის სიგრძემდე.

ბრინჯი. 11.23. მაიკლსონის ინტერფერომეტრი

დიფრაქცია. დიფრაქციის ფენომენის ექსპერიმენტული აღმოჩენა იყო სინათლის ტალღური თეორიის მართებულობის კიდევ ერთი დადასტურება.

1819 წელს პარიზის მეცნიერებათა აკადემიაში ა.ფრენელმა წარმოადგინა სინათლის ტალღური თეორია, რომელიც ხსნიდა დიფრაქციისა და ჩარევის ფენომენს. ტალღის თეორიის თანახმად, სინათლის დიფრაქციამ გაუმჭვირვალე დისკზე უნდა გამოიწვიოს ნათელი ლაქის გამოჩენა დისკის ცენტრში, რადგან დისკის ცენტრში სხივების გზაზე სხვაობა ნულის ტოლია. ექსპერიმენტმა დაადასტურა ეს ვარაუდი (ნახ. 11.24). ჰაიგენსის თეორიის მიხედვით, წერტილები დისკის რგოლზე არის მეორადი სინათლის ტალღების წყარო და ისინი თანმიმდევრულია ერთმანეთთან. აქედან გამომდინარე, შუქი შედის დისკის უკან რეგიონში.

დიფრაქციადაბრკოლებების გარშემო ტალღების მოხვევის ფენომენს უწოდებენ. თუ ტალღის სიგრძე გრძელია, მაშინ ტალღა თითქოს ვერ ამჩნევს დაბრკოლებას. თუ ტალღის სიგრძე შედარებულია დაბრკოლების ზომასთან, მაშინ ეკრანზე დაბრკოლების ჩრდილის საზღვარი ბუნდოვანი იქნება.

ბრინჯი. 11.24. დიფრაქცია გაუმჭვირვალე დისკიდან

სინათლის დიფრაქცია ერთი ჭრილით იწვევს მონაცვლეობით მსუბუქი და მუქი ზოლების გამოჩენას. უფრო მეტიც, პირველი მინიმუმის პირობას აქვს ფორმა (ნახ. 11.25):

სად არის ტალღის სიგრძე, d არის ჭრილის ზომა.

იმავე ფიგურაში ნაჩვენებია სინათლის ინტენსივობის დამოკიდებულება θ სწორი მიმართულებიდან გადახრის კუთხეზე.

ბრინჯი. 11.25. 1-ლი მაქსიმუმის ფორმირების პირობა.

დიფრაქციის მარტივი მაგალითი შეგვიძლია დავაკვირდეთ საკუთარ თავს: თუ ოთახის ნათურას ხელისგულის პატარა ჭრილით ან ნემსის ყუნწით შევხედავთ, სინათლის წყაროს გარშემო კონცენტრირებულ მრავალფეროვან წრეებს შევამჩნევთ.

დიფრაქციული ფენომენის გამოყენების საფუძველზე მუშაობს სპექტროსკოპი- მოწყობილობა ტალღების სიგრძის ძალიან ზუსტი გაზომვისთვის დიფრაქციული ბადეების გამოყენებით (ნახ. 11.26).

ბრინჯი. 11.26. სპექტროსკოპი.

სპექტროსკოპი გამოიგონა ჯოზეფ ფრაუნჰოფერმა XIX დასაწყისშისაუკუნეში. მასში ნაპრალებში გამავალი შუქი და კოლიმირებული ლინზები გადაიქცა პარალელური სხივების თხელ სხივად. წყაროს სინათლე კოლმატორში შედის ვიწრო ჭრილით. ჭრილი მდებარეობს ფოკუსურ სიბრტყეში. ტელესკოპი იკვლევს დიფრაქციის ბადეს. თუ მილის დახრილობის კუთხე ემთხვევა მაქსიმუმზე მიმართულ კუთხეს (ჩვეულებრივ პირველს), მაშინ დამკვირვებელი დაინახავს ნათელ ზოლს. ტალღის სიგრძე განისაზღვრება ეკრანზე პირველი მაქსიმუმის მდებარეობის θ კუთხით. არსებითად, ეს მოწყობილობა ეფუძნება პრინციპს, რომელიც ილუსტრირებულია ნახ. 11.25.

სინათლის ინტენსივობის ტალღის სიგრძეზე დამოკიდებულების მისაღებად (ამ დამოკიდებულებას ეწოდება სპექტრი), სინათლე გაიარა პრიზმაში. მისგან გასასვლელში, დისპერსიის შედეგად, სინათლე დაიშალა კომპონენტებად. ტელესკოპის გამოყენებით შეგიძლიათ გაზომოთ რადიაციის სპექტრები. ფოტოგრაფიული ფილმის გამოგონების შემდეგ შეიქმნა უფრო ზუსტი ინსტრუმენტი: სპექტროგრაფი. მუშაობდა იგივე პრინციპით, როგორც სპექტროსკოპი, მას ჰქონდა კამერა დაკვირვების მილის ნაცვლად. მეოცე საუკუნის შუა ხანებში კამერა შეიცვალა ელექტრონის ფოტოგამრავლების მილით, რაც საშუალებას აძლევდა მნიშვნელოვნად გაზარდოს სიზუსტე და რეალურ დროში ანალიზი.

წყლის ზედაპირზე ტალღის გავრცელების დაკვირვება ორი ან მეტიწყაროები აჩვენებს, რომ ტალღები გადის ერთმანეთზე ისე, რომ არ იმოქმედოს ერთმანეთზე. ისევე არ ახდენენ ერთმანეთზე გავლენას და ხმის ტალღები. როდესაც ორკესტრი უკრავს, თითოეული ინსტრუმენტიდან ხმები ზუსტად ისე მოდის ჩვენამდე, თითქოს თითოეული ინსტრუმენტი ცალ-ცალკე უკრავს.

ეს ექსპერიმენტულად დადგენილი ფაქტი აიხსნება იმით, რომ ელასტიური დეფორმაციის ფარგლებში, სხეულების შეკუმშვა ან გაჭიმვა ერთი მიმართულებით არ მოქმედებს მათ ელასტიურ თვისებებზე სხვა მიმართულებით დეფორმაციისას. მაშასადამე, თითოეულ წერტილში, რომელსაც სხვადასხვა წყაროდან ტალღები აღწევს, ნებისმიერ დროს რამდენიმე ტალღის მოქმედების შედეგია ჯამის ტოლითითოეული ტალღის შედეგები ცალ-ცალკე. ამ ნიმუშს სუპერპოზიციის პრინციპი ეწოდება.

ტალღის ჩარევა.

სუპერპოზიციის პრინციპის შინაარსის უფრო ღრმად გასაგებად, მოდით ჩავატაროთ შემდეგი ექსპერიმენტი.

ტალღის აბაზანაში, ვიბრატორის გამოყენებით ორი ღეროებით, ჩვენ შევქმნით ტალღების ორ წერტილოვან წყაროს იმავე სიხშირით.

ყოყმანი. დაკვირვებები აჩვენებს, რომ ამ შემთხვევაში ტალღის აბანოში ჩნდება ტალღის გავრცელების სპეციალური ნიმუში. წყლის ზედაპირზე არის ზოლები, სადაც არ არის ვიბრაცია (სურ. 226).

მსგავსი ფენომენი გვხვდება ხმის ტალღების ექსპერიმენტებში. მოდით დავაყენოთ ორი დინამიური დინამიკი და დავუკავშიროთ ისინი ერთის გამომავალს ხმის გენერატორი. მცირე დისტანციებზე გადაადგილება საკლასო ოთახიყურით შეგიძლიათ იპოვოთ, რომ სივრცის ზოგიერთ წერტილში ხმა არის ხმამაღალი, ზოგიერთში კი მშვიდი. ხმოვანი ტალღები ორი წყაროდან აძლიერებს ერთმანეთს სივრცის ზოგიერთ წერტილში და ასუსტებს ერთმანეთს სხვებში (სურ. 227).

მიღებული ტალღის ამპლიტუდის გაზრდის ან შემცირების ფენომენს, როდესაც ემატება ორი ან მეტი ტალღა იგივე რხევის პერიოდებით, ეწოდება ტალღის ჩარევა.

ტალღის ჩარევის ფენომენი არ ეწინააღმდეგება სუპერპოზიციის პრინციპს. რხევების ნულოვანი ამპლიტუდის წერტილებში, ორი შემხვედრი ტალღა არ „აუქმებს“ ერთმანეთს.

მინიმალური და მაქსიმალური ჩარევის პირობები.

რხევების ამპლიტუდა ნულის ტოლია

სივრცეში ის წერტილები, რომლებშიც იგივე ამპლიტუდისა და სიხშირის ტალღები ჩამოდიან რხევების ფაზის ცვლასთან ერთად რხევის პერიოდის ნახევრად ან ნახევარზე. ორი ტალღის წყაროს რხევის იგივე კანონით, განსხვავება იქნება რხევის პერიოდის ნახევარი, იმ პირობით, რომ ტალღის წყაროებიდან ამ წერტილამდე მანძილების განსხვავება ტოლია ტალღის სიგრძის ნახევარზე:

ან ნახევრად ტალღების კენტი რაოდენობა:

განსხვავებას ეწოდება ჩარევის ტალღების ბილიკის განსხვავება და მდგომარეობა

ეწოდება ჩარევის მინიმალური მდგომარეობა.

ინტერფერენციის მაქსიმუმები შეინიშნება სივრცის წერტილებში, სადაც ტალღები ერთიდაიგივე რხევის ფაზით მოდის. ორი წყაროს რხევის ერთი და იგივე კანონის გათვალისწინებით, ამ პირობის დასაკმაყოფილებლად, ბილიკის სხვაობა ტოლი უნდა იყოს ტალღების მთელი რიცხვის:

თანმიმდევრულობა.

ტალღების ჩარევა შესაძლებელია მხოლოდ თანმიმდევრულობის პირობის დაკმაყოფილების შემთხვევაში. სიტყვა თანმიმდევრულობა ნიშნავს თანმიმდევრულობას. რხევებს ერთი და იგივე სიხშირით და დროთა განმავლობაში მუდმივი ფაზის სხვაობით ეწოდება თანმიმდევრული.

ჩარევა და ენერგიის შენარჩუნების კანონი.

სად ქრება ორი ტალღის ენერგია მინიმალური ჩარევის ადგილებში? თუ განვიხილავთ მხოლოდ ერთ ადგილს, სადაც ორი ტალღა ხვდება, მაშინ ასეთ კითხვაზე სწორი პასუხის გაცემა შეუძლებელია. ტალღის გავრცელება არ არის დამოუკიდებელი რხევის პროცესების ერთობლიობა სივრცის ცალკეულ წერტილებში. ტალღის პროცესის არსი არის რხევის ენერგიის გადაცემა სივრცის ერთი წერტილიდან მეორეზე და ა.შ. როდესაც ტალღები ერევა ჩარევის მინიმალურ ადგილებში, მიღებული რხევების ენერგია რეალურად ნაკლებია ორი ჩარევის ტალღის ენერგიის ჯამზე. . მაგრამ ჩარევის მაქსიმუმებში, მიღებული რხევების ენერგია აჭარბებს ჩარევის ტალღების ენერგიის ჯამს ზუსტად იმდენი, რამდენადაც ენერგია შემცირდა ჩარევის ადგილებში. როდესაც ტალღები ერევა, რხევის ენერგია გადანაწილდება სივრცეში, მაგრამ ამავე დროს მკაცრად დაცულია ენერგიის შენარჩუნების კანონი.

ტალღის ფრაქცია.

თუ თქვენ შეამცირებთ ხვრელის ზომას დაბრკოლებაში ტალღის გზაზე, მაშინ რაც უფრო მცირეა ხვრელი, მით უფრო დიდია გადახრები გავრცელების სწორხაზოვანი მიმართულებიდან ტალღები (ნახ. 228, a, b). . ტალღის გავრცელების მიმართულების გადახრას დაბრკოლების საზღვარზე სწორი ხაზიდან ტალღის დიფრაქცია ეწოდება.

ხმის ტალღების დიფრაქციის დასაკვირვებლად დინამიკებს ვუერთებთ ხმის გენერატორის გამოსავალს და ხმის ტალღების გზაზე ვათავსებთ მასალისგან დამზადებულ ეკრანს.

ხმის ტალღების შთანთქმა. მიკროფონის ეკრანის უკან გადაადგილებით, თქვენ შეგიძლიათ აღმოაჩინოთ, რომ ხმის ტალღები ასევე იწერება ეკრანის კიდეს უკან. სიხშირის შეცვლა ხმის ვიბრაციებიდა, შესაბამისად, ხმის ტალღების სიგრძე, შეიძლება დადგინდეს, რომ დიფრაქციის ფენომენი უფრო შესამჩნევი ხდება ტალღის სიგრძის მატებასთან ერთად.

ტალღების დიფრაქცია ხდება მაშინ, როდესაც ისინი ხვდებიან ნებისმიერი ფორმისა და ზომის დაბრკოლებას. ჩვეულებრივ, როდესაც დაბრკოლების ან ხვრელის ზომა ტალღის სიგრძესთან შედარებით დიდია, ტალღის დიფრაქცია ნაკლებად შესამჩნევია. დიფრაქცია ყველაზე მკაფიოდ ვლინდება, როდესაც ტალღები გადის ღიობში, რომლის ზომებია ტალღის სიგრძის თანმიმდევრობით, ან როდესაც ხვდება იგივე განზომილებების დაბრკოლებებს. საკმარისად დიდ დისტანციებზე ტალღის წყაროს, დაბრკოლებასა და ტალღების დაკვირვების ადგილს შორის, დიფრაქციული ფენომენი ასევე შეიძლება მოხდეს, როდესაც დიდი ზომებიხვრელები ან დაბრკოლებები.

ჰიუგენს-ფრენელის პრინციპი.

დიფრაქციის ფენომენის თვისებრივი ახსნა შესაძლებელია ჰაიგენსის პრინციპის საფუძველზე. თუმცა ჰაიგენსის პრინციპი ვერ ხსნის ტალღის გავრცელების ყველა მახასიათებელს. მოდით მოვათავსოთ ბარიერი ფართო ხვრელით თვითმფრინავის ტალღების გზაზე ტალღის აბანოში. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ტალღები გადის ხვრელში და ვრცელდება სხივის თავდაპირველი მიმართულებით. ხვრელიდან ტალღები სხვა მიმართულებით არ ვრცელდება. ეს ეწინააღმდეგება ჰაიგენსის პრინციპს, რომლის მიხედვითაც მეორადი ტალღები უნდა გავრცელდეს ყველა მიმართულებით პირველადი ტალღის მიერ მიღწეული წერტილებიდან.

ტალღების გზაზე ფართო ბარიერი დავაყენოთ. გამოცდილება აჩვენებს, რომ ტალღები არ ვრცელდება დაბრკოლების მიღმა, რაც კვლავ ეწინააღმდეგება ჰაიგენსის პრინციპს. ტალღების დაბრკოლებების შეხვედრისას დაფიქსირებული ფენომენების ასახსნელად, ფრანგმა ფიზიკოსმა ავგუსტინ ფრენელმა (1788-1827) 1815 წელს შეავსო ჰიუგენსის პრინციპი მეორადი ტალღების თანმიმდევრულობისა და მათი ჩარევის შესახებ. ფართო ხვრელის უკან პირველადი ტალღის სხივის მიმართულებიდან ტალღების არარსებობა ჰაიგენს-ფრესნელის პრინციპის მიხედვით აიხსნება იმით, რომ გამოსხივებული მეორადი თანმიმდევრული ტალღები სხვადასხვა სფეროებშიხვრელები ერთმანეთს ერევა. არ არის ტალღები იმ ადგილებში, სადაც დაკმაყოფილებულია ჩარევის მინიმალური პირობები მეორადი ტალღებისთვის სხვადასხვა ზონიდან.

ტალღის პოლარიზაცია.

ინტერფერენციის და დიფრაქციის ფენომენები

შეიმჩნევა როგორც გრძივი, ისე განივი ტალღების გავრცელების დროს. თუმცა, განივი ტალღებს აქვთ ერთი თვისება, რაც გრძივი ტალღებს არ გააჩნიათ - პოლარიზაციის თვისება.

პოლარიზებული ტალღა არის განივი ტალღა, რომელშიც ყველა ნაწილაკი რხევა იმავე სიბრტყეში. რეზინის კაბელში სიბრტყით პოლარიზებული ტალღა წარმოიქმნება, როდესაც ტვინის ბოლო რხევა ერთ სიბრტყეში. თუ ტვინის ბოლო ვიბრირებს სხვადასხვა მიმართულებით, მაშინ ტვინის გასწვრივ გავრცელებული ტალღა არ არის პოლარიზებული.

ამ ტალღის პოლარიზაცია შეიძლება მიღწეული იქნას მის გზაზე დაბრკოლების დაყენებით ვიწრო ჭრილის სახით გახსნით. სლოტი იძლევა მხოლოდ კაბელის ვიბრაციას, რომელიც ხდება მის გასწვრივ. ამიტომ ჭრილში გავლის შემდეგ ტალღა პოლარიზდება ჭრილის სიბრტყეში (სურ. 229). თუ სიბრტყით პოლარიზებული ტალღის შემდგომ გზაზე მეორე ჭრილი მოთავსებულია პირველის პარალელურად, მაშინ ტალღა თავისუფლად გადის მასში. მეორე ჭრილის პირველთან შედარებით 90°-ით შემობრუნება აჩერებს ტალღის გავრცელების პროცესს ტვინში.

მოწყობილობა, რომელიც ყველასგან გამოირჩევა შესაძლო რყევები, რომელიც ხდება ერთ სიბრტყეში (პირველი ჭრილი), ეწოდება პოლარიზატორი. მოწყობილობას, რომელიც საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ტალღის პოლარიზაციის სიბრტყე (მეორე ჭრილი), ეწოდება ანალიზატორი.