Pelajaran 55
Topik: Fenomena gelombang. Panjang gelombang.
Kecepatan rambat gelombang.
Tujuan pelajaran: mengkonsolidasikan keterampilan pemecahan masalah pada topik “Getaran Mekanik” mengenalkan siswa pada kondisi terjadinya gelombang dan jenisnya; mempelajari ciri-ciri gelombang mekanik; membentuk siswa pemahaman yang benar tentang gerak gelombang partikel medium, dengan menggunakan kejelasan; saat mengatur pengamanan materi pendidikan menonjolkan ketentuan-ketentuan yang diperlukan untuk menghafal, menyusun catatan di buku catatan siswa (di rumah menggunakan catatan); mengembangkan keterampilan memecahkan masalah tentang topik ini; mengembangkan memori siswa, budaya bicara, pemikiran logis dan spasial; menumbuhkan rasa gotong royong, kemandirian dalam mencapai tujuan, dan kerja keras.
Jenis pelajaran: digabungkan.
Selama kelas.
1. Momen organisasi.
2. Pengulangan materi yang telah dipelajari sebelumnya.
Bertukar pikiran
3. Motivasi kegiatan pendidikan dan kognitif.
1. Gandum hitam sedang matang di ladang jagung yang panas
Dan dari lapangan ke lapangan
Angin aneh bertiup
Berkilau emas.
(A.Fet)
2. Dimanapun Anda melihat -
Gandum
Di belakang benteng, benteng itu merayap ke atas bukit,
Ke cakrawala tanpa batas
Laut yang cerah sedang mengamuk.
(Yu.Obolentsev)
Warna emas apa yang ditulis Afanasy Fet dan laut cerah seperti apa yang mengamuk dalam puisi Yuri Obolentsev? (gelombang mekanis)
4. Menentukan topik pelajaran.
Semak asosiatif
Tuliskan topik pelajaran: “ Fenomena gelombang. Panjang gelombang. Kecepatan rambat gelombang.”
5. Presentasi materi baru.
Gelombang mekanik – ini adalah getaran yang bergerak dalam ruang dan waktu dalam medium elastis
Kozma Prutkov menulis: “Saat melempar kerikil ke dalam air, lihatlah lingkaran yang terbentuk; kalau tidak, lemparan seperti itu hanya akan menjadi kesenangan belaka.”
Lingkaran-lingkaran ini (berupa punggung bukit dan cekungan yang berselang-seling) merupakan contoh gangguan pada permukaan air yang sebelumnya tenang.
Muncul di satu tempat, mereka segera mulai menyebar ke segala arah. Inilah ombaknya.
Jika Anda menjuntai tangan di akuarium atau di kamar mandi, gelombang juga akan terbentuk. Sumber gelombang ini adalah tangan kita. Ini adalah jenis osilasi gelombang paling sederhana yang timbul pada permukaan zat cair dan menyimpang dari tempat gangguannya dalam bentuk lingkaran konsentris.
Gelombang pada permukaan cairan terjadi karena aksi gravitasi dan gaya interaksi antarmolekul pada partikel cairan.
Gelombang yang paling umum di antara jenis gelombang ini adalah gelombang laut, yaitu gelombang di permukaan laut dan samudera.
Ilmuwan Inggris A. Eddington menulis bahwa “bagi seseorang yang bepergian dengan kapal, tampaknya lautan terdiri dari gelombang, dan bukan air”.
Tanda-tanda gelombang pertama mulai terlihat setelah kecepatan angin yang bekerja di permukaan air mencapai 1,1 m/s. Saat angin semakin kencang, ketinggian punggung bukit pun bertambah.
Ketinggian gelombang di Laut Baltik mencapai 5 m, di Samudra Atlantik - hingga 9 m, dan di perairan belahan bumi selatan, di mana cincin air menutupi seluruh bumi, gelombang setinggi 12 - 13 m, bergerak dengan kecepatan a kecepatan 20 m/s, diamati.
Ketika gelombang laut mencapai pantai, dengan perubahan kedalaman yang tajam, gelombang air yang sangat tinggi dapat diamati. Dalam hal ini, energi kinetik dari massa air yang sangat besar ditransfer ke rintangan (pantai) yang datang, yang mungkin tidak tahan terhadap tekanan air dan runtuh. Kekuatan destruktif ombak mencapai nilai yang luar biasa. Misalnya di Kepulauan Shetland di timur laut Skotlandia Anda dapat menemukan pecahan batu seberat 13 ton yang dilempar ke ketinggian sekitar 20 m, dan di Bilbao (Spanyol), massa beton seberat 1.700 ton terbalik. dan terlempar keluar dari tempatnya oleh ombak.
Seiring dengan gelombang pada permukaan zat cair, mekanika mempelajari apa yang disebut gelombang elastis – gangguan yang merambat di berbagai media akibat aksi gaya elastis di dalamnya.
Terjadinya gelombang elastis dapat dengan mudah ditunjukkan dengan menggunakan contoh osilasi pada tali fleksibel.
Demonstrasi: tali fleksibel (lompat tali). Salah satu ujung kabel diperkuat secara kaku, dan ujung bebasnya digerakkan dalam bidang vertikal dengan gerakan cambuk. Gelombang elastis mulai menjalar di sepanjang tali. DI DALAM pada kasus ini sumber gangguan medium elastis adalah tangan.
Gelombang muncul hanya ketika, bersamaan dengan gangguan eksternal, muncul gaya-gaya di lingkungan yang melawannya. Biasanya ini adalah gaya elastis.
Gelombang mekanik muncul dan bergerak hanya pada media elastis. Media tersebut cukup padat dan tumbukan partikel di dalamnya menyerupai tumbukan lenting bola. Hal ini memungkinkan partikel dalam gelombang mentransfer energi berlebih ke partikel di sekitarnya. Partikel, setelah memindahkan sebagian energinya, kembali ke posisi semula. Proses ini berlanjut lebih jauh. Dengan demikian, zat tersebut tidak bergerak dalam gelombang. Perpindahan gerak gelombang dikaitkan dengan perpindahan energi tanpa perpindahan materi. Partikel-partikel medium berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya.
Tergantung pada arah osilasi partikel relatif terhadap arah pergerakan gelombang, ada gelombang longitudinal dan transversal.
Dalam gelombang longitudinal partikel berosilasi ke arah yang bertepatan dengan pergerakan gelombang. Gelombang seperti itu timbul akibat kompresi dan tegangan. Akibatnya, mereka dapat terjadi dalam gas, padatan, dan cairan.
Dalam gelombang transversal partikel berosilasi pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang seperti itu timbul akibat pergeseran lapisan medium. Oleh karena itu, mereka hanya dapat muncul dalam benda padat, karena dalam gas dan cairan, deformasi jenis ini tidak mungkin terjadi.
Gelombang pada permukaan air (atau cairan lainnya) tidak memanjang maupun melintang. Mereka memiliki karakter yang kompleks, memanjang - melintang.
Partikel cair bergerak dalam lingkaran atau sepanjang elips memanjang dalam arah horizontal. Gerak melingkar partikel-partikel di permukaan air disertai dengan gerak lambatnya searah rambat gelombang. Inilah yang menjelaskan semua “hadiah laut” yang dapat ditemukan di pantai.
Setiap proses fisik selalu digambarkan oleh sejumlah karakteristik, yang nilainya memungkinkan kita untuk lebih memahami isi proses tersebut. Fenomena gelombang pada media elastis juga mempunyai ciri-ciri tertentu. Kami mengenal beberapa orang saat mempelajari getaran mekanis.
Tulis dipapan:
A– amplitudo osilasi pada gelombang (m)
(siswa secara mandiri menyebutkan ciri-ciri gelombang ini dan selanjutnya)
T– periode osilasi dalam gelombang
ν – frekuensi osilasi dalam gelombang (Hz)
Kecepatan gelombang (m/s
Setiap gelombang bergerak dengan kecepatan tertentu.
Di bawah kecepatan gelombang memahami kecepatan rambat gangguan. Cepat rambat gelombang ditentukan oleh sifat-sifat medium tempat gelombang merambat. Saat berpindah dari satu medium ke medium lainnya, kecepatannya berubah.
– panjang gelombang (m)
Dengan memilih arah rambat gelombang di luar arah sumbu OX dan dilambangkan dengan Y koordinat partikel yang berosilasi dalam gelombang, grafik gelombang dapat dibuat.
Panjang gelombang adalah jarak rambat gelombang dalam waktu yang sama dengan periode osilasi di dalamnya.
Karena = const untuk lingkungan tertentu
Dari grafik terlihat jelas bahwa panjang gelombang – adalah jarak antara dua punggung bukit yang berdekatan atau dua palung.
Artinya kita bisa menulis itu 
, dan akibatnya
Ketika gelombang berpindah dari satu medium ke medium lain, frekuensinya tidak berubah, hanya kecepatan dan panjang gelombang yang berubah.
Sayangnya kita sering mendengar tentang gempa bumi.
Gelombang yang terbentuk di kerak bumi selama berbagai proses tektonik disebut seismik.
6. Konsolidasi materi yang dipelajari.
Apa yang mungkin menjadi sumber gelombang tersebut?
Apakah perpindahan energi terjadi pada gelombang? Bagaimana dengan zat?
Jenis gelombang mekanik dibagi menjadi apa, tergantung pada
ke arah mana partikel berosilasi?
Bisakah gelombang geser merambat dalam cairan atau gas? Dan mengapa?
Dimanakah gelombang longitudinal dapat terjadi? Bagaimana dengan yang melintang?
Ciri-ciri gelombang apa yang kita jumpai saat ini?
Manakah di antara mereka yang tidak terjadi ketika gelombang mekanik berpindah dari satu medium ke medium lainnya?
perubahan?
Latihan. Tentukan karakteristik gelombang (yang mungkin) dari grafik. Mendefinisikan
panjang gelombang jika diketahui kecepatan rambatnya 20 m/s.
Jawaban: A= 0,1 m; T= 0,4 detik; ν = 2,5 Hz; 8 m.
Tugas 1. Jarak antara puncak gelombang terdekat di laut adalah 20 m. Berapakah kecepatan rambat gelombang jika periode osilasi partikel-partikel dalam gelombang adalah 10 s?
Larutan:
Tugas 2. Panjang gelombangnya 2 m, dan kecepatan rambatnya 400 m/s. Tentukan berapa banyak osilasi lengkap yang dihasilkan gelombang ini dalam 0,1 s.
Larutan:
7. Menyimpulkan pelajaran. Penilaian siswa.
8. Pekerjaan rumah: Belaga §§ 14, 15 (baca), pelajari catatan, selesaikan masalah
Bagi yang berminat: menyiapkan laporan atau presentasi tentang salah satu topik:
“Gempa Bumi”, “Tsunami”, “Hewan - Indikator”
gempa sudah dekat."
Tugas 1. Nelayan memperhatikan bahwa dalam waktu 5 detik pelampung tersebut membuat 10 kali osilasi di atas ombak, dan
jarak antara punuk gelombang yang berdekatan adalah 1 m. Berapa kecepatannya
perambatan gelombang?
Tugas 2. Frekuensi osilasi dalam gelombang adalah 10.000 Hz dan panjang gelombangnya 2 mm. Tentukan kecepatan
Gambaran yang menyenangkan dapat diamati di masa kanak-kanak: permukaan air sungai yang tenang. Dan yang perlu Anda lakukan hanyalah melempar kerikil kecil - gambaran ini segera berubah. Di sekitar tempat batu menghantam air, ombak berhamburan membentuk lingkaran. Setiap orang pasti pernah membaca cerita tentang pelayaran laut, tentang dahsyatnya kekuatan gelombang laut yang dengan mudah mengguncang kapal-kapal besar. Namun ketika mengamati fenomena tersebut, tidak semua orang mengetahui bahwa suara percikan air sampai ke telinga kita melalui gelombang di udara yang kita hirup, bahwa cahaya yang kita gunakan untuk melihat sekeliling kita secara visual juga merupakan gerakan gelombang. Gelombang di permukaan air, gelombang cahaya dan suara dapat digabungkan menjadi satu. Ini semua adalah contoh gerak gelombang. Namun ombaknya memiliki sifat penampakan yang berbeda. Apa yang dimaksud dengan gelombang dari sudut pandang fisika? Gelombang adalah osilasi yang merambat melalui ruang dalam waktu. Sifat utama gelombang adalah gelombang merambat tanpa adanya perpindahan materi. Misalnya, jika sehelai daun kecil dari pohon tergeletak di permukaan air. Ayo lempar batu ke dalam air. Seperti disebutkan sebelumnya, gelombang akan mulai menyebar dari batu ke segala arah. Pada saat yang sama, setelah mencapai daun, mereka tidak akan memaksanya bergerak menuju gelombang. Daunnya akan tetap di tempatnya, tetapi pada saat yang sama akan menonjol gerakan osilasi naik dan turun. Artinya, hanya bentuk airnya saja yang berubah, namun tidak timbul aliran. Salah satu yang paling banyak karakteristik penting air adalah kecepatan penyebarannya. Kecepatan rambat gelombang apa pun selalu terbatas. Kecepatan gelombang di permukaan air relatif rendah sehingga sangat mudah untuk diamati.
Juga mudah untuk mengamati gelombang yang merambat sepanjang tali karet. Jika salah satu ujung kabel diikat dan, dengan sedikit menarik kabel dengan tangan Anda, ujung lainnya diatur ke dalam gerakan berosilasi, maka gelombang akan merambat di sepanjang kabel. Semakin cepat tali ditarik, maka kecepatan gelombangnya akan semakin cepat. Gelombang akan mencapai titik di mana tali diikatkan, dipantulkan dan dihantarkan kembali. Dalam percobaan ini, ketika gelombang merambat, terjadi perubahan bentuk kabel. Setiap bagian tali berosilasi terhadap posisi kesetimbangannya yang konstan. Mari kita perhatikan fakta bahwa ketika gelombang merambat sepanjang kabel, osilasi terjadi dalam arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang seperti ini disebut transversal.
Dalam hal ini terjadi deformasi elastik pada gelombang tersebut yang disebut deformasi geser. Masing-masing lapisan materi bergeser relatif satu sama lain. Selama deformasi geser, gaya elastis timbul pada benda padat, cenderung mengembalikan benda ke keadaan semula. Gaya elastis inilah yang menyebabkan getaran partikel medium. Namun osilasi partikel medium juga dapat terjadi sepanjang arah rambat gelombang. Gelombang seperti ini disebut memanjang. Lebih mudah untuk mengamati gelombang longitudinal dari jarak jauh musim semi yang lembut berdiameter besar. Dengan memukul salah satu ujung pegas dengan telapak tangan, Anda dapat melihat bagaimana kompresi (impuls elastis) berjalan sepanjang pegas. Dengan menggunakan serangkaian pukulan yang berurutan, dimungkinkan untuk membangkitkan gelombang di pegas, yang mewakili kompresi dan perpanjangan pegas yang berurutan, yang berjalan satu demi satu.
Deformasi tekan terjadi pada gelombang longitudinal. Gaya elastis yang terkait dengan deformasi ini timbul baik dalam padatan, serta dalam cairan dan gas.
Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang akustik, yaitu gelombang akustik. yang dapat ditangkap oleh telinga manusia. Ketika gelombang mekanik merambat, gerakan ditransmisikan dari satu partikel medium ke partikel lainnya. Yang berhubungan dengan perpindahan gerak adalah perpindahan energi. Properti utama dari semua gelombang, terlepas dari sifatnya, adalah bahwa mereka mentransfer energi tanpa mentransfer materi. Energi tersebut berasal dari sumber yang membangkitkan getaran pada awal tali, tali, dan lain-lain, dan menyebar seiring dengan gelombang. Melalui apa pun persilangan, seperti kabel, energi ditransfer. Energi ini terdiri dari energi kinetik gerak partikel medium dan energi potensial deformasi elastisnya. Penurunan bertahap dalam amplitudo getaran partikel selama perambatan gelombang dikaitkan dengan konversi sebagian energi mekanik menjadi energi internal.
Bagaimana gelombang mekanik merambat? Mari kita ikuti pergerakan masing-masing partikel materi selama gerak gelombang. Pertama, mari kita perhatikan gelombang transversal yang merambat, misalnya, sepanjang tali karet. Setiap bagian tali pusat mempunyai massa dan elastisitas. Ketika tali pusat mengalami deformasi di bagian mana pun, gaya elastis muncul. Gaya-gaya ini cenderung mengembalikan tali pusat ke posisi semula. Karena inersia, bagian tali yang berosilasi tidak berhenti pada posisi setimbang, tetapi melewatinya, terus bergerak sampai gaya elastis menghentikan bagian ini pada saat deviasi maksimum dari posisi setimbang. Alih-alih menggunakan tali, mari kita ambil rantai bola logam identik yang digantungkan pada benang. Bola-bola tersebut dihubungkan satu sama lain melalui pegas (Gbr.). Massa pegas jauh lebih kecil dibandingkan massa bola. Dalam model ini, sifat inersia (massa) dan sifat elastis dipisahkan: massa terkonsentrasi terutama pada bola, dan elastisitas terkonsentrasi pada pegas. Pembagian ini tidak signifikan ketika mempertimbangkan gerak gelombang. Jika Anda membelokkan bola luar kiri pada bidang horizontal yang tegak lurus terhadap rantai bola, pegas akan berubah bentuk dan gaya akan mulai bekerja pada bola ke-2, menyebabkan bola tersebut membelok ke arah yang sama dengan bola ke-1. Karena inersia, pergerakan bola ke-2 tidak akan terjadi secara terkoordinasi dengan bola ke-1. Pergerakannya, mengulangi pergerakan bola pertama, akan tertunda seiring waktu. Jika bola pertama dipaksa berosilasi dengan periode T (hanya dengan tangan atau menggunakan mekanisme tertentu), maka bola kedua juga akan mulai berosilasi setelah bola pertama, tetapi dengan beberapa fase jeda. Bola ketiga, di bawah pengaruh gaya elastis yang disebabkan oleh pergerakan bola ke-2, juga akan mulai berosilasi, semakin tertinggal satu fase, dan seterusnya. Akhirnya, semua bola akan mulai melakukan osilasi paksa dengan frekuensi yang sama. , namun dengan fase yang berbeda. Dalam hal ini, gelombang transversal akan merambat sepanjang rantai bola. Gambar a, b, c, d, e, f menunjukkan proses perambatan gelombang. Posisi bola pada momen waktu yang berurutan, berjarak seperempat periode osilasi, ditampilkan (tampak atas). Panah pada bola adalah vektor kecepatan pergerakannya pada waktu yang bersangkutan. Pada model benda elastis berupa rantai bola-bola masif yang dihubungkan oleh pegas (Gbr. a), dapat diamati proses perambatan gelombang longitudinal. Bola-bola tersebut digantung sedemikian rupa sehingga hanya dapat berosilasi sepanjang rantai. Jika bola pertama digerakkan osilasi dengan periode T, maka gelombang longitudinal akan merambat sepanjang rantai, yang terdiri dari pemadatan dan penghalusan bola secara bergantian (Gbr. 2). B). Gambar ini sesuai dengan gambar e untuk kasus perambatan gelombang geser.
Fenomena ini melekat pada gelombang apa pun. Selain itu, fenomena interferensi, difraksi, polarisasi hanya merupakan karakteristik proses gelombang dan hanya dapat dijelaskan berdasarkan teori gelombang.
Refleksi dan refraksi. Perambatan gelombang dijelaskan secara geometris menggunakan sinar. Dalam lingkungan yang homogen ( N= const) sinar-sinarnya bujursangkar. Pada saat yang sama, pada antarmuka antar media, arahnya berubah. Dalam hal ini terbentuk dua gelombang: dipantulkan, merambat pada medium pertama dengan kecepatan yang sama, dan dibiaskan, merambat pada medium kedua dengan kecepatan berbeda, bergantung pada sifat medium tersebut. Fenomena pemantulan dikenal baik pada gelombang bunyi (gema) maupun gelombang cahaya. Karena pantulan cahaya, terbentuklah bayangan maya di cermin. Pembiasan cahaya mendasari banyak fenomena atmosfer yang menarik. Ini banyak digunakan di berbagai perangkat optik: lensa, prisma, serat optik. Perangkat ini merupakan elemen dari perangkat itu sendiri untuk berbagai keperluan: kamera, mikroskop dan teleskop, periskop, proyektor, sistem komunikasi optik, dll.
Gangguan gelombang - fenomena redistribusi energi ketika dua (atau beberapa) gelombang koheren (cocok) ditumpangkan, disertai dengan munculnya pola interferensi maxima dan minima bergantian dari intensitas (amplitudo) gelombang yang dihasilkan. Gelombang yang beda fasa pada titik penambahannya tetap terhadap waktu, tetapi dapat berubah dari satu titik ke titik lain dan dalam ruang, disebut gelombang koheren. Jika gelombang bertemu ʼʼdalam faseʼʼ, ᴛ.ᴇ. secara bersamaan mencapai simpangan maksimum dalam satu arah, kemudian mereka saling menguatkan, dan jika bertemu “dalam antifase”, ᴛ.ᴇ. secara bersamaan mencapai penyimpangan yang berlawanan, mereka saling melemahkan. Koordinasi osilasi dua gelombang (koherensi) dua gelombang dalam kasus cahaya hanya mungkin terjadi jika keduanya mempunyai asal usul yang sama, yang disebabkan oleh kekhasan proses radiasi. Pengecualiannya adalah laser, yang radiasinya sangat koherensi. Oleh karena itu, untuk mengamati interferensi, cahaya yang berasal dari satu sumber dibagi menjadi dua kelompok gelombang, baik yang melewati dua lubang (celah) pada layar buram, atau karena pemantulan dan pembiasan pada antarmuka media pada film tipis. Pola interferensi dari sumber monokromatik ( λ =konstan) pada layar untuk sinar yang melewati dua celah sempit yang jaraknya berdekatan, tampak seperti garis terang dan gelap yang berselang-seling (percobaan Jung, 1801 ᴦ.). Garis-garis terang - intensitas maksimum diamati pada titik-titik layar di mana gelombang dari dua celah bertemu "dalam fase", yaitu perbedaan fasenya
, m =0,1,2,…,(3.10)
Hal ini sesuai dengan perbedaan jalur sinar, kelipatan bilangan bulat panjang gelombang λ
, m =0,1,2,…,(3.11)
Garis-garis gelap (saling pembatalan), ᴛ.ᴇ. intensitas minimum terjadi pada titik-titik layar di mana gelombang bertemu "dalam antifase", yaitu perbedaan fasenya adalah
, m =0,1,2,…,(3.12)
Hal ini sesuai dengan perbedaan jalur sinar, kelipatan setengah gelombang ganjil
, m =0,1,2,….(3.13)
Interferensi diamati untuk gelombang yang berbeda. Interferensi cahaya putih, yang mencakup semua gelombang cahaya tampak dalam rentang panjang gelombang 
mikron dapat muncul dalam bentuk lapisan tipis bensin berwarna pelangi pada permukaan air, gelembung sabun, dan lapisan oksida pada permukaan logam. Kondisi interferensi maksimum pada titik berbeda dalam film terpenuhi untuk gelombang berbeda dengan panjang yang berbeda gelombang, yang menyebabkan gelombang lebih kuat warna berbeda. Kondisi interferensi ditentukan oleh panjang gelombang, yang untuk cahaya tampak adalah sepersekian mikron (1 μm = 10 -6 m); oleh karena itu, fenomena ini menjadi dasar berbagai metode penelitian presisi (“ultra-presisi”), pengendalian dan pengukuran. Penggunaan interferensi didasarkan pada penggunaan interferometer, spektroskop interferensi, serta metode holografi. Interferensi cahaya digunakan untuk mengukur panjang gelombang radiasi, mempelajari struktur halus garis spektrum, menentukan massa jenis, indeks bias zat, dan ketebalan lapisan tipis.
Difraksi– sekumpulan fenomena yang muncul ketika gelombang merambat dalam medium dengan sifat heterogenitas yang nyata. Hal ini diamati ketika gelombang melewati lubang di layar, dekat batas benda buram, dll. Difraksi menghasilkan gelombang yang membelok di sekitar penghalang yang dimensinya sepadan dengan panjang gelombang. Jika ukuran penghalang jauh lebih besar daripada panjang gelombang, maka difraksinya lemah. Pada hambatan makroskopis diamati difraksi bunyi, gelombang seismik, dan gelombang radio sepanjang 1 cm km. Patut dikatakan bahwa untuk mengamati difraksi cahaya, ukuran rintangan harus jauh lebih kecil. Difraksi gelombang bunyi menjelaskan kemampuan mendengar suara seseorang yang berada di sudut rumah. Difraksi gelombang radio di sekitar permukaan bumi menjelaskan diterimanya sinyal radio dalam jangkauan gelombang radio panjang dan menengah jauh di luar garis pandang antena pemancar.
Difraksi gelombang disertai dengan interferensinya, yang mengarah pada pembentukan pola difraksi, intensitas maksimum dan minimum yang bergantian. Ketika cahaya melewati kisi difraksi, yang merupakan kumpulan garis transparan dan buram paralel bergantian (hingga 1000 per 1 mm), pola difraksi muncul di layar, posisi maksimalnya bergantung pada panjang gelombang radiasi. . Hal ini memungkinkan penggunaan kisi difraksi untuk menganalisis komposisi spektral radiasi. Struktur zat kristal mirip dengan tiga dimensi kisi difraksi. Pengamatan pola difraksi selama lewatnya radiasi sinar-X, seberkas elektron atau neuron, melalui kristal di mana partikel-partikel materi (atom, ion, molekul) tersusun secara teratur memungkinkan seseorang untuk mempelajari ciri-ciri strukturnya. . Nilai karakteristik jarak antar atom adalah d~10 -10 m, yang sesuai dengan panjang gelombang radiasi yang digunakan dan menjadikannya sangat diperlukan untuk analisis kristalografi.
Difraksi cahaya menentukan batas resolusi alat optik (teleskop, mikroskop, dll). Resolusi - jarak minimum antara dua objek, di mana mereka terlihat terpisah, tidak digabungkan - diselesaikan. Akibat difraksi, bayangan suatu sumber titik (misalnya bintang di teleskop) tampak berbentuk lingkaran, sehingga benda-benda di dekatnya tidak terpecahkan. Resolusi bergantung pada sejumlah parameter, termasuk panjang gelombang: semakin pendek panjang gelombangnya, semakin baik resolusinya. Oleh karena itu, ukuran suatu benda yang diamati melalui mikroskop optik dibatasi oleh panjang gelombang cahaya (kira-kira 0,5 µm).
Fenomena interferensi dan difraksi cahaya mendasari prinsip perekaman dan reproduksi gambar dalam holografi. Metode yang dikemukakan pada tahun 1948 oleh D. Gabor (1900 – 1979) mencatat pola interferensi yang diperoleh dengan menyinari suatu benda dan pelat fotografi dengan sinar koheren. Hologram yang dihasilkan terdiri dari bintik-bintik terang dan gelap bergantian yang tidak memiliki kemiripan dengan objek; namun, difraksi dari hologram gelombang cahaya yang identik dengan yang digunakan dalam perekamannya memungkinkan untuk merekonstruksi gelombang yang dihamburkan oleh objek nyata dan mendapatkan ketiganya. gambar -dimensi.
Polarisasi– fenomena yang hanya terjadi pada gelombang transversal. Sifat transversal gelombang cahaya (serta gelombang elektromagnetik lainnya) dinyatakan dalam kenyataan bahwa vektor kuat medan listrik () dan induksi magnet () yang berosilasi di dalamnya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Pada saat yang sama, vektor-vektor ini saling tegak lurus, dan karenanya untuk deskripsi lengkap keadaan polarisasi cahaya memerlukan pengetahuan tentang perilaku salah satu saja. Pengaruh cahaya pada alat perekam ditentukan oleh vektor tegangan Medan listrik, yang disebut vektor cahaya.
Gelombang cahaya yang dipancarkan oleh sumber radiasi alami ᴛ.ᴇ. banyak atom independen, tidak terpolarisasi, karena arah osilasi vektor cahaya () pada berkas alami akan berubah terus menerus dan acak, tetap tegak lurus terhadap vektor kecepatan gelombang.
Cahaya yang arah vektor cahayanya tetap tidak berubah disebut terpolarisasi linier. Polarisasi adalah urutan osilasi vektor. Contohnya adalah gelombang harmonik. Untuk mempolarisasi cahaya, perangkat yang disebut polarizer digunakan, yang tindakannya didasarkan pada kekhasan proses pemantulan dan pembiasan cahaya, serta pada anisotropi sifat optik suatu zat dalam keadaan kristal. Vektor cahaya dalam berkas yang melewati polarizer berosilasi dalam bidang yang disebut bidang polarizer. Ketika cahaya terpolarisasi melewati polarizer kedua, ternyata intensitas sinar yang ditransmisikan berubah seiring dengan putaran polarizer. Cahaya melewati perangkat tanpa penyerapan jika polarisasinya bertepatan dengan bidang polarizer kedua dan tertunda sepenuhnya ketika kristal diputar 90 derajat, ketika bidang osilasi cahaya terpolarisasi tegak lurus terhadap bidang polarizer kedua. .
Polarisasi cahaya telah banyak diterapkan di berbagai industri penelitian ilmiah dan teknologi. ini digunakan dalam studi mikroskopis, dalam proses perekaman suara, lokasi optik, pembuatan film dan fotografi kecepatan tinggi, di Industri makanan(sakharimetri), dll.
Penyebaran- ketergantungan kecepatan rambat gelombang pada frekuensinya (panjang gelombang). Ketika gelombang elektromagnetik merambat dalam suatu medium, -
Varians ditentukan properti fisik medium tempat gelombang merambat. Misalnya saja dalam ruang hampa gelombang elektromagnetik menyebar tanpa dispersi, namun dalam media material, bahkan dalam lingkungan yang sangat tipis seperti ionosfer bumi, dispersi tetap terjadi. Gelombang suara dan ultrasonik juga menunjukkan dispersi. Ketika mereka merambat dalam suatu medium, gelombang harmonik dengan frekuensi berbeda di mana sinyal harus didekomposisi merambat pada kecepatan yang berbeda, yang menyebabkan distorsi bentuk sinyal. Dispersi cahaya adalah ketergantungan indeks bias suatu zat terhadap frekuensi (panjang gelombang) cahaya. Ketika kecepatan cahaya berubah berdasarkan frekuensi (panjang gelombang), indeks bias pun berubah. Akibat dispersi, cahaya putih yang terdiri dari banyak gelombang dengan frekuensi berbeda, ketika melewati prisma segitiga transparan, terurai dan terbentuk spektrum kontinu (kontinu).
Diposting di ref.rf
Studi tentang spektrum ini membawa I. Newton (1672) pada penemuan dispersi cahaya. Untuk zat yang transparan di wilayah spektrum tertentu, indeks bias meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi (penurunan panjang gelombang), yang sesuai dengan distribusi warna dalam spektrum. Indikator tertinggi pembiasannya adalah untuk cahaya ungu (=0,38 µm), terkecil untuk cahaya merah (=0,76 µm). Fenomena serupa diamati di alam selama perambatan sinar matahari di atmosfer dan pembiasannya pada partikel air (musim panas) dan es (musim dingin). Hal ini menciptakan pelangi atau lingkaran cahaya matahari.
Efek Doppler. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang yang dirasakan oleh pengamat (penerima) akibat pergerakan sumber gelombang dan pengamat relatif satu sama lain. Kecepatan gelombang kamu ditentukan oleh sifat-sifat medium dan tidak berubah ketika sumber atau pengamat bergerak. Jika pengamat atau sumber gelombang bergerak dengan kecepatan relatif terhadap medium, maka frekuensinya ay gelombang yang diterima menjadi berbeda. Pada saat yang sama, seperti yang ditetapkan oleh K. Doppler (1803 – 1853), ketika pengamat mendekati sumber, frekuensi gelombang meningkat, dan ketika menjauh, frekuensi gelombang berkurang. Hal ini berhubungan dengan penurunan panjang gelombang λ ketika sumber dan pengamat mendekat dan bertambah λ ketika mereka dipisahkan satu sama lain. Untuk gelombang suara, efek Doppler memanifestasikan dirinya dalam peningkatan nada suara ketika sumber suara dan pengamat mendekat (dalam 1 detik pengamat merasakan lebih banyak gelombang), dan penurunan nada suara saat gelombang tersebut menjauh. Efek Doppler juga menyebabkan “pergeseran merah”, seperti dijelaskan di atas. - menurunkan frekuensi radiasi elektromagnetik dari sumber bergerak. Nama ini disebabkan oleh fakta bahwa pada bagian spektrum yang terlihat, akibat efek Doppler, garis-garisnya bergeser ke arah ujung merah; “Pergeseran merah” juga terjadi pada emisi frekuensi lain, misalnya pada rentang radio. Efek sebaliknya, terkait dengan peningkatan frekuensi, biasa disebut pergeseran biru (atau ungu). Dalam astrofisika, dua “pergeseran merah” dipertimbangkan - kosmologis dan gravitasi. Kosmologis (metagalactic) disebut “pergeseran merah” yang diamati untuk semua sumber jauh (galaksi, quasar) - penurunan frekuensi radiasi, yang menunjukkan jarak sumber-sumber ini satu sama lain dan, khususnya, dari Galaksi kita, yaitu nonstasioneritas (ekspansi ) Metagalaksi. “Pergeseran merah” pada galaksi ditemukan oleh astronom Amerika W. Slipher pada tahun 1912-14; pada tahun 1929 E. Hubble menemukan bahwa galaksi-galaksi jauh ukurannya lebih besar dibandingkan galaksi-galaksi terdekat, dan bertambah kira-kira sebanding dengan jaraknya. Hal ini memungkinkan untuk mengidentifikasi hukum jarak timbal balik (hamburan) galaksi. Hukum Hubble dalam hal ini ditulis dalam bentuk
kamu = jam; (3.14)
(kamu adalah kecepatan pergerakan galaksi, R- jarak ke sana, N - Konstanta Hubble). Dengan menentukan kecepatan mundurnya galaksi dari pergeseran merah, jarak ke galaksi tersebut dapat dihitung. Untuk menentukan jarak ke objek ekstragalaksi menggunakan rumus ini, Anda perlu mengetahui nilai numerik konstanta Hubble N. Pengetahuan tentang konstanta ini juga sangat penting bagi kosmologi: penentuan “usia” Alam Semesta dikaitkan dengannya. Pada awal tahun tujuh puluhan abad kedua puluh, nilai konstanta Hubble diadopsi tidak =(3 – 5)*10 -18 detik -1 , timbal-balik T = 1/Jam = 18 miliar tahun. “Pergeseran merah” gravitasi adalah konsekuensi dari perlambatan laju waktu dan disebabkan oleh medan gravitasi (efek teori umum relativitas). Fenomena ini disebut juga efek Einstein atau efek Doppler umum. Telah diamati sejak tahun 1919, pertama pada radiasi Matahari, dan kemudian pada beberapa bintang lainnya. Dalam beberapa kasus (misalnya, selama keruntuhan gravitasi), “pergeseran merah” dari kedua jenis tersebut harus diamati.
Gelombang adalah osilasi yang merambat dalam ruang seiring waktu. Gelombang muncul terutama karena gaya elastis.
Sifat-sifat fenomena gelombang
Sifat utama gelombang adalah gelombang merambat tanpa adanya perpindahan materi. Misalnya, jika sehelai daun kecil dari pohon tergeletak di permukaan air. Ayo lempar batu ke dalam air. Gelombang akan mulai menyebar dari batu ke segala arah.
Pada saat yang sama, setelah mencapai daun, mereka tidak akan memaksanya bergerak menuju gelombang. Daun akan tetap di tempatnya, tetapi pada saat yang sama akan melakukan gerakan osilasi ke atas dan ke bawah. Artinya, hanya bentuk airnya saja yang berubah, namun tidak timbul aliran.
Salah satu sifat air yang paling penting adalah kecepatan penyebarannya. Kecepatan rambat gelombang apa pun selalu terbatas. Kecepatan gelombang di permukaan air relatif rendah sehingga sangat mudah untuk diamati.
Perambatan Gelombang
Contoh lain dari kecepatan rambat gelombang rendah adalah gelombang yang dihasilkan pada tali karet. Misalnya, jika Anda mengencangkan salah satu ujungnya, lalu menarik dan menarik ujung lainnya. Gelombang akan merambat sepanjang kabelnya. Semakin kita menarik kabelnya, semakin kuat gelombangnya. Setelah mencapai ujung tetap, ia akan dipantulkan dan dijalankan kembali.
Perlu dicatat bahwa dalam percobaan ini, ketika gelombang merambat sepanjang tali, setiap titik tali berosilasi dalam arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal.
Gambar berikut menunjukkan secara skematis melintang melambai. Arah rambat dan arah getaran suatu zat ditunjukkan untuk itu.
gambar
Namun partikel medium juga dapat berosilasi sepanjang arah rambat gelombang. Gelombang seperti ini disebut membujur. Gambar berikut menunjukkan representasi skema gelombang longitudinal. Arah rambat dan arah getaran suatu zat ditunjukkan untuk itu.
gambar
Pada gelombang transversal terjadi deformasi geser, dan pada gelombang transversal terjadi deformasi geser deformasi memanjang kompresi. Deformasi geser - lapisan suatu zat bergeser relatif satu sama lain. Deformasi tekan - bagian-bagian suatu zat dikompresi satu sama lain.
Perlu dicatat bahwa gelombang transversal hanya dapat merambat pada benda padat. Karena ketika lapisan-lapisan zat cair bergeser, tidak timbul gaya elastis yang cenderung mengembalikan zat cair ke kedudukan semula. Gelombang longitudinal dapat merambat baik pada zat cair maupun gas, dan pada zat padat. Karena deformasi tekan melekat pada semua keadaan benda ini.
Ketika gelombang merambat, gerak dipindahkan dari satu partikel ke partikel lainnya. Sifat utama semua gelombang adalah perpindahan energi tanpa perpindahan materi.
Gelombang akustik dan elektromagnetik yang merambat di berbagai media dan perangkat mematuhi hukum gelombang yang sama. Yaitu fenomena eksitasi gelombang oleh sumber tertentu, pemantulan dan pembiasan gelombang pada antarmuka antar media, hamburan karena ketidakhomogenan, pembiasan (kelengkungan lintasan rambat gelombang), penyerapan energi, interferensi.
Perambatan gelombang dalam bentuk apa pun mudah untuk dipahami dan dijelaskan jika kita beralih ke prinsip Huygens: setiap titik medium yang terlibat dalam gerak gelombang menjadi sumber gelombang baru, yang disebut gelombang elementer. Muka gelombang yang diamati merupakan hasil penjumlahan banyak gelombang dasar (Gbr. 1.1). Prinsip Huygens berlaku untuk semua jenis gelombang, termasuk gelombang akustik dan elektromagnetik.
Beras. 1.1. Posisi muka gelombang pada waktu yang berbeda-beda,
ditentukan berdasarkan prinsip Huygens
Arah rambat gelombang biasa disebut sinar. Muka gelombang tegak lurus terhadap sinar. Untuk gelombang silinder dan bola yang merambat dari sumber eksitasi, sinarnya diarahkan secara radial, dan muka gelombang masing-masing berbentuk silinder atau bola (Gbr. 1.2 A). Dalam kasus sumber datar atau jauh, gelombang bidang terjadi. Di dalamnya, sinar-sinarnya sejajar, dan muka gelombangnya berbentuk bidang (Gbr. 1.2 B).
Jika pada jalur rambat gelombang terdapat batas dengan suatu medium yang sifat-sifatnya berbeda dengan sifat-sifat medium rambatnya, maka pengaruh pemantulan sebagian atau seluruhnya, serta penjalaran sebagian (dan dalam beberapa hal lengkap) ke medium kedua adalah diamati. Karena muka gelombang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang dalam medium homogen, maka persamaan sudut datang dan pantulan gelombang dibuktikan dari konstruksi geometri sederhana (Gbr. 1.3). Namun, berbeda dengan gelombang elektromagnetik, gelombang akustik dalam beberapa kasus dapat diamati efek pembelahan gelombang dan munculnya berkas gelombang yang dipantulkan pada sudut yang berbeda (lihat Kuliah 15).
Arah rambat gelombang bias bergantung pada perbandingan cepat rambat gelombang pada media pertama dan kedua (Gbr. 1.4). Analisis perilaku gelombang pada antarmuka antar media mudah dilakukan berdasarkan penerapan prinsip Huygens dan pertimbangan gelombang dasar yang tereksitasi pada antarmuka.
Beras. 1.2. Muka dan sinar gelombang:
A– dalam gelombang yang merambat secara radial; B– dalam gelombang bidang
Beras. 1.3. Refleksi gelombang bidang pada antarmuka
Jika sifat-sifat medium yang mempengaruhi kecepatan rambat gelombang berubah, maka fenomena seperti pembiasan dapat diamati. Pembiasan disebut kelengkungan lintasan rambat gelombang pada medium tidak homogen.
Beras. 1.4. Pembiasan gelombang bidang pada antarmuka
Jika ada benda yang ditemui di sepanjang jalur perambatan gelombang, hal ini menyebabkan terganggunya struktur medan. Misalnya, efek gelombang yang membelok di sekitar rintangan diamati. Dalam fisika fenomena ini disebut difraksi. Pola medan yang dihasilkan sangat bergantung pada rasio ukuran rintangan dan panjang gelombang. Pada Gambar. Gambar 1.5 menunjukkan bagaimana struktur medan gelombang bidang, yang “bocor” melalui lubang kecil, berubah. Dalam beberapa kasus, analisis medan difraksi dapat dilakukan lagi berdasarkan pertimbangan gelombang elementer dan prinsip Huygens.
Gambar 1.5. Difraksi gelombang bidang oleh lubang kecil
Munculnya tambahan medan akustik atau elektromagnetik sebagai akibat difraksi gelombang-gelombang yang bersesuaian pada hambatan yang terletak pada suatu medium, pada ketidakhomogenan medium, serta pada batas-batas media yang tidak rata dan heterogen disebut penyebaran ombak Selama hamburan, medan yang dihasilkan dapat direpresentasikan sebagai jumlah gelombang primer yang ada tanpa adanya hambatan dan gelombang hamburan (sekunder) yang dihasilkan dari interaksi gelombang primer dengan hambatan. Jika terdapat banyak hambatan, maka pola medan keseluruhan dibentuk oleh penjumlahan gelombang hamburan yang berulang-ulang dan berulang-ulang.
Konsep penting lainnya yang digunakan dalam teori proses gelombang adalah interferensi gelombang. Gangguan gelombang adalah pertambahan dua gelombang atau lebih dalam ruang, yang pada titik-titik berbeda dalam ruang amplitudo gelombang yang dihasilkan diperkuat atau dilemahkan. Interferensi diamati pada gelombang apa pun, termasuk gelombang akustik dan elektromagnetik.
Beras. 1.6. Pola interferensi penambahan gelombang dari dua sumber