Somo la 55
Mada: Matukio ya wimbi. Urefu wa mawimbi.
Kasi ya uenezi wa wimbi.
Malengo ya somo: unganisha ustadi wa utatuzi wa shida kwenye mada "Mitetemo ya Mitambo"; wajulishe wanafunzi kwa hali ya kutokea kwa mawimbi na aina zao; kujifunza sifa za mawimbi ya mitambo; kuunda kwa wanafunzi uelewa sahihi wa mwendo wa wimbi la chembe za kati, kwa kutumia uwazi; wakati wa kuandaa ulinzi nyenzo za elimu onyesha masharti muhimu ya kukariri, panga maelezo katika daftari za wanafunzi (nyumbani kwa kutumia maelezo); kuendeleza ujuzi wa kutatua matatizo juu ya mada hii; kukuza kumbukumbu ya wanafunzi, utamaduni wa hotuba, mawazo ya kimantiki na anga; kukuza hisia za kusaidiana, kujitegemea katika kufikia malengo, na kufanya kazi kwa bidii.
Aina ya somo: pamoja.
Wakati wa madarasa.
1. Wakati wa shirika.
2. Kurudia nyenzo zilizosomwa hapo awali.
Cheza bongo
3. Motisha kwa shughuli za elimu na utambuzi.
1. Rye inaiva kwenye shamba la mahindi moto
Na kutoka shamba hadi shamba
Upepo wa kichekesho unavuma
Vipuli vya dhahabu.
(A. Feti)
2. Popote unapotazama -
Ngano
Nyuma ya boma ngome hupanda mlima;
Kwa upeo wa macho bila mipaka
Bahari ya jua inachafuka.
(Yu. Obolentsev)
Afanasy Fet anaandika aina gani ya rangi ya dhahabu na ni aina gani ya bahari ya jua inayowaka katika shairi la Yuri Obolentsev? (mawimbi ya mitambo)
4. Kuamua mada ya somo.
Kichaka cha ushirika
Andika mada ya somo: " Matukio ya wimbi. Urefu wa mawimbi. Kasi ya uenezi wa wimbi."
5. Uwasilishaji wa nyenzo mpya.
Wimbi la mitambo - hizi ni vibrations zinazohamia katika nafasi na wakati katika kati ya elastic
Kozma Prutkov aliandika: “Unapotupa kokoto ndani ya maji, angalia miduara inayoundwa; vinginevyo kurusha vile kutakuwa burudani tupu.”
Miduara hii (kwa namna ya matuta na matuta yanayobadilishana) ni mfano wa usumbufu wa uso wa maji uliotulia hapo awali.
Baada ya kutokea katika sehemu moja, mara moja huanza kuenea kwa pande zote. Haya ni mawimbi.
Ikiwa unapunguza mkono wako katika aquarium au katika bafuni, mawimbi pia yataunda. Chanzo cha mawimbi haya ni mkono wetu. Hii ndio aina rahisi zaidi ya oscillations ya mawimbi ambayo hujitokeza juu ya uso wa kioevu na hutengana kutoka mahali pa usumbufu kwa namna ya miduara ya kuzingatia.
Mawimbi juu ya uso wa kioevu yapo kutokana na hatua ya mvuto na nguvu za mwingiliano wa intermolecular kwenye chembe za kioevu.
Ya kawaida kati ya mawimbi ya aina hii ni mawimbi ya bahari, i.e. mawimbi juu ya uso wa bahari na bahari.
Mwanasayansi Mwingereza A. Eddington aliandika kwamba “kwa mtu anayesafiri kwenye meli, inaonekana kwamba bahari ina mawimbi, wala si maji.”
Ishara za kwanza za mawimbi huanza kuonekana baada ya kasi ya upepo inayofanya juu ya uso wa maji kufikia 1.1 m / s. Upepo unapoongezeka, urefu wa matuta huongezeka.
Urefu wa mawimbi katika Bahari ya Baltic hufikia m 5, katika Bahari ya Atlantiki - hadi 9 m, na katika maji ya ulimwengu wa kusini, ambapo pete ya maji hufunika Dunia nzima, mawimbi 12 - 13 m juu, ikisonga. kasi ya 20 m / s, ilizingatiwa.
Wakati mawimbi ya bahari yanafika ufukweni, na mabadiliko makali ya kina, miinuko ya juu sana ya maji inaweza kuzingatiwa. Katika kesi hii, nishati ya kinetic ya raia kubwa ya maji huhamishiwa kwa vizuizi vinavyokuja (pwani), ambavyo haviwezi kuhimili shinikizo la maji na kuanguka. Nguvu ya uharibifu ya surf hufikia maadili makubwa. Kwa mfano, katika Visiwa vya Shetland kaskazini-mashariki mwa Scotland unaweza kupata vipande vya miamba yenye uzito wa tani 13, ambayo ilitupwa hadi urefu wa mita 20. Na huko Bilbao (Hispania), molekuli ya saruji yenye uzito wa tani 1,700 ilipinduliwa. na kutupwa nje ya mahali na mawimbi.
Pamoja na mawimbi juu ya uso wa kioevu, mechanics inasoma kinachojulikana mawimbi ya elastic - usumbufu unaoenea katika vyombo vya habari mbalimbali kutokana na hatua ya nguvu za elastic ndani yao.
Tukio la wimbi la elastic linaweza kuonyeshwa kwa urahisi kwa kutumia mfano wa oscillations katika kamba rahisi.
Maonyesho: kamba flexible (kuruka kamba). Mwisho mmoja wa kamba umeimarishwa kwa ukali, na mwisho wa bure huhamishwa kwenye ndege ya wima na mwendo wa mjeledi. Wimbi la elastic huanza kukimbia kando ya kamba. KATIKA kwa kesi hii chanzo cha usumbufu wa kati ya elastic ni mkono.
Wimbi hutokea tu wakati, pamoja na usumbufu wa nje, majeshi yanaonekana katika mazingira ambayo yanakabiliana nayo. Kawaida hizi ni nguvu za elastic.
Mawimbi ya mitambo hutoka na kusonga tu kwenye vyombo vya habari vya elastic. Vyombo vya habari vile ni mnene kabisa na mgongano wa chembe ndani yao unafanana na mgongano wa elastic wa mipira. Hii inaruhusu chembe katika wimbi kuhamisha nishati ya ziada kwa chembe jirani. Chembe, baada ya kuhamisha sehemu ya nishati, inarudi kwenye nafasi yake ya awali. Utaratibu huu unaendelea zaidi. Kwa hivyo, dutu haiingii kwenye wimbi. Uhamisho wa mwendo na wimbi unahusishwa na uhamisho wa nishati bila uhamisho wa jambo. Chembe za kati huzunguka karibu na nafasi zao za usawa.
Kulingana na mwelekeo ambao chembe huzunguka kuhusiana na mwelekeo wa harakati ya wimbi, kuna mawimbi ya longitudinal na transverse.
Katika wimbi la longitudinal chembe oscillate katika mwelekeo sanjari na harakati ya wimbi. Mawimbi kama hayo huibuka kama matokeo ya kushinikiza na mvutano. Kwa hivyo, zinaweza kutokea katika gesi, vitu vikali na vimiminika.
Katika wimbi la kupita chembe oscillate katika ndege perpendicular mwelekeo wa harakati ya wimbi. Mawimbi kama hayo huibuka kama matokeo ya kuhama kwa tabaka za kati. Kwa hiyo, wanaweza tu kutokea katika yabisi, kwa sababu katika gesi na vinywaji aina hii ya deformation haiwezekani.
Mawimbi juu ya uso wa maji (au kioevu kingine chochote) sio longitudinal wala transverse. Wana tabia ngumu, longitudinal - transverse.
Chembe za kioevu husogea katika miduara au kando ya duaradufu iliyoinuliwa katika mwelekeo mlalo. Mwendo wa mviringo wa chembe juu ya uso wa maji unaambatana na harakati zao za polepole katika mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Hii ndiyo inaelezea "zawadi za bahari" zote ambazo zinaweza kupatikana kwenye pwani.
Mchakato wowote wa mwili huelezewa kila wakati na idadi ya sifa, maadili ambayo huturuhusu kuelewa kwa undani zaidi yaliyomo kwenye mchakato. Matukio ya wimbi katika vyombo vya habari vya elastic pia yana sifa fulani. Tulifahamiana na wengine tulipokuwa tukijifunza mitetemo ya mitambo.
Andika kwenye ubao:
A- amplitude ya oscillations katika wimbi (m)
(wanafunzi hutaja hii kwa uhuru na sifa zinazofuata za wimbi)
T- kipindi cha oscillations katika wimbi (s)
ν - mzunguko wa oscillations katika wimbi (Hz)
Kasi ya wimbi (m/s
Kila wimbi husafiri kwa kasi fulani.
Chini ya kasi ya wimbi kuelewa kasi ya uenezaji wa usumbufu. Kasi ya wimbi imedhamiriwa na mali ya kati ambayo wimbi huenea. Wakati wa kusonga kutoka kati hadi nyingine, kasi yake inabadilika.
- urefu wa wimbi (m)
Kwa kuchagua mwelekeo wa uenezi wa wimbi zaidi ya mwelekeo wa mhimili wa OX na kuashiria kwa Y uratibu wa chembe zinazozunguka kwenye wimbi, inawezekana kujenga grafu ya wimbi.
Urefu wa mawimbi ni umbali ambao wimbi hueneza kwa wakati sawa na kipindi cha kuzunguka ndani yake.
Kwa sababu = const kwa mazingira fulani, basi
Kutoka kwa grafu ni wazi kuwa urefu wa mawimbi - ni umbali kati ya matuta mawili yaliyo karibu au vijiti viwili.
Hii ina maana kwamba tunaweza kuandika hivyo 
, na kwa sababu hiyo
Wakati wimbi linapita kutoka kati hadi nyingine, mzunguko wake haubadilika, tu kasi na urefu wa wimbi hubadilika.
Kwa bahati mbaya, mara nyingi tunasikia kuhusu matetemeko ya ardhi.
Mawimbi ambayo huundwa kwenye ukoko wa dunia wakati wa michakato mbalimbali ya tectonic huitwa tetemeko la ardhi.
6. Kuunganishwa kwa nyenzo zilizojifunza.
Nini kinaweza kuwa chanzo cha mawimbi?
Je, uhamisho wa nishati hutokea katika wimbi? Vipi kuhusu vitu?
Ni aina gani za mawimbi ya mitambo yamegawanywa kulingana na
je, chembe huzunguka?
Je, mawimbi ya kukata nywele yanaweza kuenea kwenye kioevu au gesi? Na kwa nini?
Mawimbi ya longitudinal yanaweza kutokea wapi? Vipi kuhusu zile zinazovuka?
Ni sifa gani za mawimbi ambazo tumekutana nazo leo?
Ni ipi kati yao haifanyiki wakati wa mpito wa wimbi la mitambo kutoka kwa kati hadi nyingine?
mabadiliko?
Zoezi. Tambua sifa za wimbi (zinazowezekana) kutoka kwa grafu. Bainisha
urefu wa mawimbi ikiwa inajulikana kuwa kasi yake ya uenezi ni 20 m/s.
Jibu: A= mita 0.1; T= sekunde 0.4; ν = 2.5 Hz; 8 m.
Jukumu la 1. Umbali kati ya miamba ya mawimbi ya karibu katika bahari ni m 20. Je, wimbi linaenea kwa kasi gani ikiwa kipindi cha oscillation ya chembe katika wimbi ni 10 s?
Suluhisho:
Jukumu la 2. Urefu wa wimbi ni 2 m, na kasi ya uenezi wake ni 400 m / s. Amua ni mizunguko mingapi kamili ambayo wimbi hili hufanya katika sekunde 0.1.
Suluhisho:
7. Muhtasari wa somo. Tathmini ya mwanafunzi.
8. Kazi ya nyumbani: Belaga §§ 14, 15 (soma), jifunze maelezo, kutatua matatizo
Kwa wale wanaopenda: kuandaa ripoti au uwasilishaji juu ya moja ya mada:
"Matetemeko ya ardhi", "Tsunami", "Wanyama - viashiria"
tetemeko la ardhi linakaribia."
Jukumu la 1. Mvuvi aligundua kuwa katika sekunde 5 kuelea kulifanya mizunguko 10 kwenye mawimbi, na
umbali kati ya nundu za mawimbi karibu ni 1 m. Ni kasi gani
uenezaji wa wimbi?
Jukumu la 2. Mzunguko wa oscillation katika wimbi ni 10000 Hz, na urefu wa wimbi ni 2 mm. Kuamua kasi
Picha ya kupendeza inaweza kuzingatiwa katika utoto: uso wa utulivu wa maji kwenye mto. Na unachotakiwa kufanya ni kutupa kokoto ndogo - picha hii inabadilika mara moja. Karibu na mahali ambapo jiwe lilipiga maji, mawimbi yanatawanyika kwenye miduara. Kila mtu amesoma hadithi kuhusu safari za baharini, kuhusu nguvu ya kutisha ya mawimbi ya bahari ambayo hutikisa meli kubwa kwa urahisi. Walakini, wakati wa kutazama matukio haya, sio kila mtu anajua kuwa sauti ya mlipuko wa maji hufikia sikio letu kupitia mawimbi ya hewa tunayopumua, kwamba mwanga ambao tunaona mazingira yetu pia ni harakati ya wimbi. Mawimbi juu ya uso wa maji, mwanga na mawimbi ya sauti yanaweza kuunganishwa pamoja. Hii yote ni mifano ya mwendo wa wimbi. Lakini mawimbi yana asili tofauti ya kuonekana. Ni wimbi gani kutoka kwa mtazamo wa fizikia? Wimbi ni mzunguko unaosafiri angani kwa muda. Mali kuu ya mawimbi ni kwamba wimbi hueneza bila kuhamisha jambo. Kwa mfano, ikiwa jani ndogo kutoka kwa mti liko juu ya uso wa maji. Hebu tupige jiwe ndani ya maji. Kama ilivyoelezwa hapo awali, mawimbi yataanza kuenea kutoka kwa jiwe kwa pande zote. Wakati huo huo, baada ya kufikia jani, hawatailazimisha kuelekea kwenye wimbi. Jani litabaki mahali, lakini wakati huo huo litafanya harakati za oscillatory juu na chini. Hiyo ni, sura tu ya maji itabadilika, lakini hakuna mtiririko utatokea. Moja ya wengi sifa muhimu maji ni kasi ya kuenea kwake. Kasi ya uenezi wa wimbi lolote daima ni ya mwisho. Kasi ya mawimbi juu ya uso wa maji ni duni, kwa hiyo ni rahisi sana kuchunguza.
Pia ni rahisi kuona mawimbi yanayoenea kando ya kamba ya mpira. Ikiwa mwisho mmoja wa kamba umeimarishwa na, ukivuta kamba kidogo kwa mkono wako, mwisho mwingine umewekwa kwenye mwendo wa oscillatory, kisha wimbi litaendesha kando ya kamba. Kasi ya kamba inavutwa, kasi ya wimbi itakuwa kasi. Wimbi litafikia mahali ambapo kamba imeunganishwa, itaonyeshwa na kurudi nyuma. Katika jaribio hili, wimbi linapoenea, mabadiliko katika sura ya kamba hutokea. Kila sehemu ya kamba inazunguka juu ya nafasi yake ya usawa ya mara kwa mara. Hebu tuzingatie ukweli kwamba wakati wimbi linaenea kando ya kamba, oscillations hutokea kwa mwelekeo perpendicular kwa mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Mawimbi hayo huitwa transverse.
Katika kesi hiyo, deformation ya elastic hutokea katika mawimbi hayo, inayoitwa deformation ya shear. Tabaka za kibinafsi za jambo hubadilika kuhusiana na kila mmoja. Wakati wa deformation ya shear, nguvu za elastic hutokea katika mwili imara, huwa na kurudi mwili kwa hali yake ya awali. Ni nguvu za elastic zinazosababisha vibrations ya chembe za kati. Lakini oscillations ya chembe za kati pia inaweza kutokea pamoja na mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Wimbi kama hilo linaitwa longitudinal. Ni rahisi kutazama wimbi la longitudinal kwa umbali mrefu chemchemi laini kipenyo kikubwa. Kwa kupiga moja ya mwisho wa chemchemi na kiganja chako, unaweza kuona jinsi compression (elastic impulse) inavyoendesha kwenye chemchemi. Kutumia mfululizo wa kupigwa mfululizo, inawezekana kusisimua wimbi katika chemchemi, ambayo inawakilisha ukandamizaji mfululizo na upanuzi wa chemchemi, inayoendesha moja baada ya nyingine.
Deformation ya compressive hutokea katika wimbi la longitudinal. Nguvu za elastic zinazohusiana na deformation hii hutokea wote katika yabisi, na pia katika vinywaji na gesi.
Mifano ya mawimbi ya longitudinal ni mawimbi ya acoustic, i.e. zile zinazotambulika kwa sikio la mwanadamu. Wakati wimbi la mitambo linaenea, mwendo hupitishwa kutoka kwa chembe moja ya kati hadi nyingine. Kuhusishwa na uhamisho wa mwendo ni uhamisho wa nishati. Mali kuu ya mawimbi yote, bila kujali asili yao, ni kwamba huhamisha nishati bila kuhamisha jambo. Nishati hutoka kwa chanzo kinachosisimua mitetemo mwanzoni mwa kamba, kamba, nk, na kuenea pamoja na wimbi. Kupitia yoyote sehemu ya msalaba, kama vile kamba, nishati huhamishwa. Nishati hii imeundwa na nishati ya kinetic mwendo wa chembe za kati na nishati inayowezekana ya deformation yao ya elastic. Kupungua kwa taratibu kwa amplitude ya vibrations ya chembe wakati wa uenezi wa wimbi kunahusishwa na ubadilishaji wa sehemu ya nishati ya mitambo ndani ya nishati ya ndani.
Mawimbi ya mitambo yanaeneaje? Wacha tufuate harakati za chembe za maada wakati wa mwendo wa wimbi. Kwanza, hebu tuchunguze wimbi la kuvuka ambalo hueneza, kwa mfano, pamoja na kamba ya mpira. Kila sehemu ya kamba ina wingi na elasticity. Wakati kamba imeharibika katika sehemu yoyote, nguvu za elastic zinaonekana. Nguvu hizi huwa na kurudisha kamba kwenye nafasi yake ya asili. Kwa sababu ya hali ya hewa, sehemu ya kamba ya oscillating haina kuacha katika nafasi ya usawa, lakini hupita ndani yake, ikiendelea kusonga hadi nguvu za elastic zisimamishe sehemu hii wakati wa kupotoka kwa kiwango cha juu kutoka kwa msimamo wa usawa. Badala ya kamba, hebu tuchukue mlolongo wa mipira ya chuma inayofanana iliyosimamishwa kwenye nyuzi. Mipira imeunganishwa kwa kila mmoja na chemchemi (Mchoro.). Wingi wa chemchemi ni kidogo sana kuliko wingi wa mipira. Katika mfano huu, mali ya inertial (molekuli) na elastic hutenganishwa: wingi hujilimbikizia hasa kwenye mipira, na elasticity hujilimbikizia katika chemchemi. Mgawanyiko huu sio muhimu wakati wa kuzingatia mwendo wa wimbi. Ukipotosha mpira wa nje wa kushoto kwa ndege ya usawa iliyo sawa na mlolongo wa mipira, chemchemi itaharibika na nguvu itaanza kuchukua hatua kwenye mpira wa 2, na kuufanya ugeuke katika mwelekeo sawa na mpira wa 1. Kwa sababu ya inertia, harakati ya mpira wa 2 haitatokea kwa uratibu na 1. Harakati yake, kurudia harakati ya mpira wa 1, itachelewa kwa wakati. Ikiwa mpira wa 1 unalazimishwa kuzunguka na kipindi T (kwa mkono tu au kwa kutumia utaratibu fulani), basi mpira wa 2 pia utaanza kuzunguka baada ya 1, lakini kwa lag katika awamu. Mpira wa tatu, chini ya ushawishi wa nguvu ya elastic inayosababishwa na harakati ya mpira wa 2, pia itaanza kuzunguka, kuanguka hata nyuma zaidi katika awamu, nk Hatimaye, mipira yote itaanza kufanya oscillations ya kulazimishwa na mzunguko sawa. , lakini kwa awamu tofauti. Katika kesi hii, wimbi la transverse litaendesha kando ya mlolongo wa mipira. Kielelezo a, b, c, d, e, f kinaonyesha mchakato wa uenezi wa wimbi. Nafasi za mipira kwa nyakati zinazofuatana, zilizowekwa kutoka kwa kila mmoja kwa robo ya kipindi cha oscillation, zinaonyeshwa (mtazamo wa juu). Mishale kwenye mipira ni vekta za kasi ya harakati zao kwa wakati unaolingana wa wakati. Kwa mfano wa mwili wa elastic kwa namna ya mlolongo wa mipira mikubwa iliyounganishwa na chemchemi (Mchoro a), mtu anaweza kuchunguza mchakato wa uenezi wa mawimbi ya longitudinal. Mipira imesimamishwa ili waweze tu kuzunguka kwenye mnyororo. Ikiwa mpira wa 1 umewekwa katika mwendo wa oscillatory na kipindi T, basi wimbi la longitudinal litatembea kando ya mnyororo, likijumuisha kuunganishwa kwa kubadilishana na uboreshaji wa mipira (Mtini. b). Takwimu hii inalingana na takwimu e kwa kesi ya uenezi wa wimbi la shear.
Matukio haya ni ya asili katika mawimbi ya asili yoyote. Aidha, matukio ya kuingiliwa, diffraction, polarization ni tabia tu ya michakato ya wimbi na inaweza kuelezewa tu kwa misingi ya nadharia ya wimbi.
Tafakari na kinzani. Uenezi wa wimbi unaelezewa kijiometri kwa kutumia miale. Katika mazingira yenye usawa ( n= const) miale ni ya mstatili. Wakati huo huo, katika interface kati ya vyombo vya habari, maelekezo yao yanabadilika. Katika kesi hiyo, mawimbi mawili yanaundwa: yalijitokeza, yanaenea katikati ya kwanza kwa kasi sawa, na kukataa, kuenea kwa kati ya pili kwa kasi tofauti, kulingana na mali ya kati hii. Jambo la kutafakari linajulikana kwa sauti (echo) na mawimbi ya mwanga. Kwa sababu ya kuakisi mwanga, picha halisi huundwa kwenye kioo. Kinyume cha mwanga ni msingi wa matukio mengi ya kuvutia ya anga. Inatumika sana katika vifaa mbalimbali vya macho: lenses, prisms, nyuzi za macho. Vifaa hivi ni vipengele vya vifaa wenyewe kwa madhumuni mbalimbali: kamera, darubini na darubini, periscopes, projekta, mifumo ya mawasiliano ya macho, nk.
Kuingilia kati mawimbi - jambo la ugawaji wa nishati wakati mawimbi mawili (au kadhaa) yanayofanana (yanayofanana) yanawekwa juu, ikifuatana na kuonekana kwa muundo wa kuingiliwa wa maxima inayobadilishana na minima ya kiwango (amplitude) ya wimbi linalosababishwa. Mawimbi ambayo tofauti ya awamu katika hatua ya kuongeza inabaki mara kwa mara kwa wakati, lakini inaweza kutofautiana kutoka kwa uhakika na kwa nafasi, inaitwa madhubuti. Ikiwa mawimbi yatakutana na ʼin phaseʼʼ, ᴛ.ᴇ. wakati huo huo kufikia kupotoka kwa kiwango cha juu katika mwelekeo mmoja, basi huimarisha kila mmoja, na ikiwa hukutana "katika antiphase", ᴛ.ᴇ. wakati huo huo kufikia kupotoka kinyume, wao hudhoofisha kila mmoja. Uratibu wa oscillations ya mawimbi mawili (mshikamano) wa mawimbi mawili katika kesi ya mwanga inawezekana tu ikiwa wana asili ya kawaida, ambayo ni kutokana na upekee wa michakato ya mionzi. Isipokuwa ni lasers, mionzi ambayo ina sifa ya mshikamano wa juu. Kwa sababu hii, kuchunguza kuingiliwa, mwanga unaotoka kwenye chanzo kimoja umegawanywa katika makundi mawili ya mawimbi, ama kupitia mashimo mawili (slits) kwenye skrini ya opaque, au kutokana na kutafakari na kukataa kwenye interface ya vyombo vya habari katika filamu nyembamba. Mfano wa kuingiliwa kutoka kwa chanzo cha monochromatic ( λ = mara kwa mara) kwenye skrini kwa miale inayopita kwenye mipasuko miwili nyembamba, iliyo na nafasi kwa karibu, ina mwonekano wa michirizi mikali na ya giza inayopishana (jaribio la Jung, 1801 ᴦ.). Mipigo mkali - kiwango cha juu huzingatiwa katika sehemu hizo za skrini ambayo mawimbi kutoka kwa sehemu mbili hukutana "kwa awamu", i.e. tofauti zao za awamu.
, m =0,1,2,...,(3.10)
Hii inalingana na tofauti ya njia ya miale, kizidisho cha nambari kamili ya urefu wa mawimbi λ
, m =0,1,2,...,(3.11)
Michirizi meusi (kughairiwa kwa pande zote), ᴛ.ᴇ. kiwango cha chini hutokea kwenye sehemu hizo za skrini ambapo mawimbi hukutana "katika antiphase," yaani, tofauti yao ya awamu ni
, m =0,1,2,...,(3.12)
Hii inafanana na tofauti katika njia ya mionzi, nyingi ya idadi isiyo ya kawaida ya mawimbi ya nusu
, m =0,1,2,….(3.13)
Kuingilia kati huzingatiwa kwa mawimbi tofauti. Kuingiliwa kwa mwanga mweupe, unaojumuisha mawimbi yote ya mwanga unaoonekana katika safu ya urefu wa mawimbi 
microni zinaweza kuonekana kwa namna ya filamu nyembamba za rangi ya upinde wa mvua za petroli kwenye uso wa maji, Bubbles za sabuni, na filamu za oksidi kwenye uso wa metali. Masharti ya kiwango cha juu cha kuingiliwa katika sehemu tofauti za filamu yanaridhika kwa mawimbi tofauti na urefu tofauti mawimbi, ambayo husababisha mawimbi yenye nguvu rangi tofauti. Masharti ya kuingiliwa huamuliwa na urefu wa mawimbi, ambayo kwa nuru inayoonekana ni sehemu ya mikroni (1 µm = 10 -6 m); kwa hivyo, jambo hili ni msingi wa mbinu mbalimbali za usahihi ("ultra-precise") za utafiti, udhibiti na kipimo. Matumizi ya kuingilia kati yanategemea matumizi ya interferometers, spectroscopes kuingiliwa, pamoja na njia ya holography. Uingiliaji wa mwanga hutumiwa kupima urefu wa wimbi la mionzi, kujifunza muundo mzuri wa mistari ya spectral, kuamua msongamano, fahirisi za refractive za vitu, na unene wa mipako nyembamba.
Tofauti- seti ya matukio ambayo hutokea wakati wimbi linaenea katika hali ya kati na utofauti uliotamkwa wa sifa. Hii inazingatiwa wakati mawimbi yanapita kwenye shimo kwenye skrini, karibu na mpaka wa vitu vya opaque, nk. Mchanganyiko husababisha wimbi linalopinda kuzunguka kizuizi ambacho vipimo vyake vinalingana na urefu wa wimbi. Ikiwa ukubwa wa kikwazo ni kubwa zaidi kuliko urefu wa wimbi, basi diffraction ni dhaifu. Juu ya vikwazo vya macroscopic, diffraction ya sauti, mawimbi ya seismic, na mawimbi ya redio huzingatiwa, ambayo 1 cm km. Inafaa kusema kwamba ili kuona mgawanyiko wa mwanga, vizuizi lazima viwe vidogo sana kwa saizi. Diffraction ya mawimbi ya sauti inaelezea uwezo wa kusikia sauti ya mtu iko karibu na kona ya nyumba. Mgawanyiko wa mawimbi ya redio kuzunguka uso wa Dunia unaelezea upokeaji wa mawimbi ya redio katika safu ya mawimbi ya redio marefu na ya kati mbali zaidi ya mstari wa kuona wa antena itoayo.
Diffraction ya mawimbi hufuatana na kuingiliwa kwao, ambayo inasababisha kuundwa kwa muundo wa diffraction, maxima mbadala na minima ya kiwango. Wakati mwanga unapita kwenye grating ya diffraction, ambayo ni seti ya kupigwa kwa uwazi sambamba na opaque (hadi 1000 kwa 1 mm), muundo wa diffraction huonekana kwenye skrini, nafasi ya upeo wa ambayo inategemea urefu wa wimbi la mionzi. . Hii inaruhusu matumizi ya grating ya diffraction kuchambua muundo wa spectral wa mionzi. Muundo wa dutu ya fuwele ni sawa na tatu-dimensional wavu wa diffraction. Uchunguzi wa muundo wa diffraction wakati wa kifungu cha mionzi ya X-ray, boriti ya elektroni au niuroni, kupitia fuwele ambazo chembe za maada (atomi, ioni, molekuli) zimepangwa kwa utaratibu huruhusu mtu kusoma sifa za muundo wao. . Thamani ya sifa ya umbali wa interatomiki ni d~10 -10 m, ambayo inalingana na urefu wa mawimbi ya mionzi inayotumiwa na kuifanya kuwa muhimu kwa uchanganuzi wa fuwele.
Diffraction ya mwanga huamua kikomo cha azimio la vyombo vya macho (darubini, darubini, nk). Azimio - umbali wa chini kati ya vitu viwili, ambavyo vinaonekana tofauti, haviunganishi - vinatatuliwa. Kwa sababu ya mgawanyiko, picha ya chanzo cha uhakika (kwa mfano, nyota kwenye darubini) inaonekana kama mduara, ili vitu vilivyo karibu visitatuliwe. Azimio inategemea idadi ya vigezo, ikiwa ni pamoja na urefu wa wimbi: mfupi urefu wa wimbi, azimio bora zaidi. Kwa sababu hii, ukubwa wa kitu kinachozingatiwa kwenye darubini ya macho hupunguzwa na urefu wa wimbi la mwanga (takriban 0.5 µm).
Hali ya kuingiliwa na mgawanyiko wa mwanga ni msingi wa kanuni ya kurekodi na kutoa picha katika holografia. Njia iliyopendekezwa mwaka wa 1948 na D. Gabor (1900 - 1979) inarekodi muundo wa kuingilia kati uliopatikana kwa kuangazia kitu na sahani ya picha na miale thabiti. Hologramu inayotokana inajumuisha madoa ya mwanga na meusi yanayopishana ambayo hayana mfanano na kitu; hata hivyo, mtengano kutoka kwa hologramu ya mawimbi ya mwanga sawa na yale yaliyotumiwa katika kurekodi kwake hufanya iwezekane kuunda upya wimbi lililotawanywa na kitu halisi na kupata tatu zake. - picha ya dimensional.
Polarization- tabia ya uzushi tu ya mawimbi ya kupita. Asili ya transverse ya mawimbi ya mwanga (pamoja na mawimbi mengine yoyote ya sumakuumeme) inaonyeshwa kwa ukweli kwamba umeme () na induction ya sumaku () vekta za nguvu za shamba zinazozunguka ndani yao ni za kawaida kwa mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Wakati huo huo, vectors hizi ni pande zote perpendicular, na kwa hiyo kwa maelezo kamili hali ya polarization ya mwanga inahitaji kujua tabia ya mmoja wao tu. Athari ya mwanga kwenye vifaa vya kurekodi imedhamiriwa na vector ya voltage uwanja wa umeme, ambayo inaitwa vector mwanga.
Mawimbi ya mwanga yanayotolewa na chanzo cha asili cha mionzi ᴛ.ᴇ. atomi nyingi za kujitegemea, sio polarized, kwa sababu mwelekeo wa oscillations ya vector mwanga () katika boriti asili itakuwa kuendelea na nasibu kubadilika, iliyobaki perpendicular kwa vector kasi ya wimbi.
Mwanga ambao mwelekeo wa vekta ya mwanga unabaki bila kubadilika kawaida huitwa polarized linearly. Polarization ni mpangilio wa oscillations ya vekta. Mfano ni wimbi la harmonic. Ili kuangaza mwanga, vifaa vinavyoitwa polarizers hutumiwa, hatua ambayo inategemea upekee wa michakato ya kutafakari na kukataa mwanga, na pia juu ya anisotropy ya mali ya macho ya dutu katika hali ya fuwele. Vekta ya mwanga katika boriti inayopitia polarizer oscillates katika ndege inayoitwa polarizer plane. Wakati mwanga wa polarized unapitia polarizer ya pili, inageuka kuwa ukubwa wa boriti iliyopitishwa hubadilika kama polarizer inavyozunguka. Nuru hupitia kifaa bila kunyonya ikiwa polarization yake inalingana na ndege ya polarizer ya pili na imecheleweshwa kabisa nayo wakati kioo kinapozungushwa digrii 90, wakati ndege ya oscillation ya mwanga wa polarized ni perpendicular kwa ndege ya polarizer ya pili. .
Polarization nyepesi imepata matumizi makubwa katika tasnia mbalimbali utafiti wa kisayansi na teknolojia. inatumika katika masomo ya hadubini, katika michakato ya kurekodi sauti, eneo la macho, upigaji picha wa kasi ya juu na upigaji picha, katika Sekta ya Chakula(saccharimetry), nk.
Utawanyiko- utegemezi wa kasi ya uenezi wa mawimbi kwenye mzunguko wao (wavelength). Wakati mawimbi ya sumakuumeme yanapoenea kwa njia ya kati, -
Tofauti imedhamiriwa mali za kimwili njia ambayo mawimbi huenea. Kwa mfano, katika utupu mawimbi ya sumakuumeme kueneza bila utawanyiko, lakini kwa nyenzo, hata katika mazingira adimu kama ionosphere ya Dunia, utawanyiko hufanyika. Mawimbi ya sauti na ultrasonic pia yanaonyesha utawanyiko. Wakati wao kueneza katika kati, mawimbi harmonic ya masafa tofauti ambayo ishara lazima iliyooza kueneza kwa kasi tofauti, ambayo inaongoza kwa kuvuruga ya sura ya ishara. Mtawanyiko wa nuru ni utegemezi wa fahirisi ya refractive ya dutu kwenye frequency (wavelength) ya mwanga. Wakati kasi ya mwanga inabadilika kulingana na mzunguko (wavelength), index ya refractive inabadilika. Kama matokeo ya utawanyiko, mwanga mweupe, unaojumuisha mawimbi mengi ya masafa tofauti, wakati wa kupita kwenye prism ya uwazi ya triangular, hutengana na wigo unaoendelea (unaoendelea) huundwa.
Iliyotumwa kwenye ref.rf
Utafiti wa wigo huu ulipelekea I. Newton (1672) ugunduzi wa utawanyiko wa mwanga. Kwa vitu ambavyo ni wazi katika eneo fulani la wigo, index ya refractive huongezeka kwa mzunguko unaoongezeka (kupungua kwa urefu wa wimbi), ambayo inalingana na usambazaji wa rangi katika wigo. Kiashiria cha juu zaidi kinzani ni cha urujuani (=0.38 µm), ndogo zaidi kwa mwanga mwekundu (=0.76 µm). Jambo kama hilo linazingatiwa katika maumbile wakati wa uenezi wa jua kwenye angahewa na kinzani yake katika chembe za maji (majira ya joto) na barafu (baridi). Hii inaunda upinde wa mvua au halo ya jua.
Athari ya Doppler. Athari ya Doppler ni mabadiliko katika mzunguko au urefu wa mawimbi yanayotambuliwa na mwangalizi (mpokeaji) kutokana na harakati ya chanzo cha wimbi na mwangalizi wa jamaa kwa kila mmoja. Kasi ya wimbi u imedhamiriwa na mali ya kati na haibadilika wakati chanzo au mwangalizi anasonga. Ikiwa mwangalizi au chanzo cha mawimbi huenda kwa kasi kuhusiana na kati, basi mzunguko v mawimbi yaliyopokelewa yanakuwa tofauti. Wakati huo huo, K. Doppler (1803 - 1853) imara, mwangalizi anapokaribia chanzo, mzunguko wa mawimbi huongezeka, na anapoondoka, hupungua. Hii inalingana na kupungua kwa urefu wa wimbi λ wakati chanzo na mwangalizi wanakuja karibu na kuongezeka λ wanapoondolewa kutoka kwa kila mmoja. Kwa mawimbi ya sauti, athari ya Doppler inajidhihirisha katika kuongezeka kwa sauti wakati chanzo cha sauti na mwangalizi hukaribia (katika 1). sekunde mwangalizi huona idadi kubwa ya mawimbi), na kupungua sambamba kwa sauti ya sauti wakati wanaondoka. Athari ya Doppler pia husababisha "kuhama nyekundu", ambayo imeelezwa hapo juu. - kupunguza masafa ya mionzi ya sumakuumeme kutoka kwa chanzo kinachosonga. Jina hili ni kutokana na ukweli kwamba katika sehemu inayoonekana ya wigo, kutokana na athari ya Doppler, mistari hubadilishwa kuelekea mwisho nyekundu; "Red shift" pia huzingatiwa katika utoaji wa masafa mengine yoyote, kwa mfano katika masafa ya redio. Athari kinyume, inayohusishwa na ongezeko la masafa, inaitwa kawaida kuhama kwa bluu (au violet). Katika unajimu, "mabadiliko nyekundu" mbili huzingatiwa - cosmological na mvuto. Cosmological (metagalactic) inaitwa "mabadiliko nyekundu" yaliyozingatiwa kwa vyanzo vyote vya mbali (galaxi, quasars) - kupungua kwa masafa ya mionzi, ikionyesha umbali wa vyanzo hivi kutoka kwa kila mmoja na, haswa, kutoka kwa Galaxy yetu, i.e. kutokuwa na msimamo. (upanuzi) Metagalaksi. "Kuhama nyekundu" kwa galaksi iligunduliwa na mwanaastronomia wa Marekani W. Slipher mwaka wa 1912-14; mnamo 1929 E. Hubble aligundua kwamba kwa galaksi za mbali ni kubwa zaidi kuliko za karibu, na huongezeka takriban kwa uwiano wa umbali. Hii ilifanya iwezekane kutambua sheria ya umbali wa kuheshimiana (kutawanyika) kwa galaksi. Sheria ya Hubble katika kesi hii imeandikwa kwa fomu
wewe = Hr; (3.14)
(u ni kasi ambayo galaksi inasonga mbali, r- umbali wake, N - Hubble mara kwa mara). Kwa kuamua kasi ambayo galaksi inapungua kutoka kwa redshift, umbali wa hiyo unaweza kuhesabiwa. Kuamua umbali wa vitu vya ziada kwa kutumia fomula hii, unahitaji kujua thamani ya nambari ya Hubble mara kwa mara N. Ujuzi wa hii mara kwa mara pia ni muhimu sana kwa cosmology: uamuzi wa "umri" wa Ulimwengu unahusishwa nayo. Katika miaka ya sabini ya mapema ya karne ya ishirini, thamani ya mara kwa mara ya Hubble ilipitishwa N =(3 – 5)*10 -18 s -1 , kubadilishana T = 1/H = miaka bilioni 18. Mvuto "kuhama nyekundu" ni matokeo ya kupungua kwa kasi ya wakati na husababishwa na uwanja wa mvuto (athari nadharia ya jumla uhusiano). Jambo hili pia huitwa athari ya Einstein au athari ya jumla ya Doppler. Imezingatiwa tangu 1919, kwanza katika mionzi ya Jua, na kisha kutoka kwa nyota zingine. Katika baadhi ya matukio (kwa mfano, wakati wa kuanguka kwa mvuto), "mabadiliko nyekundu" ya aina zote mbili inapaswa kuzingatiwa.
Wimbi ni oscillation ambayo hueneza angani kwa wakati. Mawimbi hutokea hasa kutokana na nguvu za elastic.
Tabia za matukio ya wimbi
Mali kuu ya mawimbi ni kwamba wimbi hueneza bila kuhamisha jambo. Kwa mfano, ikiwa jani ndogo kutoka kwa mti liko juu ya uso wa maji. Hebu tupige jiwe ndani ya maji. Mawimbi yataanza kuenea kutoka kwa jiwe kwa pande zote.
Wakati huo huo, baada ya kufikia jani, hawatailazimisha kuelekea kwenye wimbi. Jani itabaki mahali, lakini wakati huo huo itafanya harakati za oscillatory juu na chini. Hiyo ni, sura tu ya maji itabadilika, lakini hakuna mtiririko utatokea.
Moja ya sifa muhimu zaidi za maji ni kasi ya kuenea kwake. Kasi ya uenezi wa wimbi lolote daima ni ya mwisho. Kasi ya mawimbi juu ya uso wa maji ni duni, kwa hiyo ni rahisi sana kuchunguza.
Uenezi wa Wimbi
Mfano mwingine wa kasi ya chini ya uenezi wa mawimbi ni mawimbi yanayotokana na kamba ya mpira. Kwa mfano, ikiwa unafunga mwisho wake mmoja, na kuvuta na kuvuta nyingine. Wimbi litaendesha kando ya kamba. Kadiri tunavyovuta kamba, ndivyo wimbi litakuwa na nguvu zaidi. Baada ya kufikia mwisho uliowekwa, itaonyeshwa na kurudishwa nyuma.
Ikumbukwe kwamba katika jaribio hili, wakati wimbi linaenea kando ya kamba, kila hatua ya kamba huzunguka kwa mwelekeo wa perpendicular kwa mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Mawimbi kama hayo huitwa mawimbi ya kupita.
Takwimu ifuatayo inaonyesha schematically kupita wimbi. Mwelekeo wa uenezi na mwelekeo wa vibration ya dutu huonyeshwa kwa ajili yake.
picha
Lakini chembe za kati zinaweza pia kuzunguka kwa mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Mawimbi kama hayo yanaitwa longitudinal. Kielelezo kifuatacho kinaonyesha uwakilishi wa kimkakati wa wimbi la longitudinal. Mwelekeo wa uenezi na mwelekeo wa vibration ya dutu huonyeshwa kwa ajili yake.
picha
Katika mawimbi ya kupita, deformation ya shear hutokea, na ndani deformation ya longitudinal mgandamizo. Deformation ya shear - tabaka za mabadiliko ya dutu zinazohusiana na kila mmoja. Deformation ya kukandamiza - sehemu za dutu zimebanwa kwa kila mmoja.
Ni muhimu kuzingatia kwamba mawimbi ya transverse yanaweza tu kueneza katika yabisi. Tangu wakati tabaka za mabadiliko ya kioevu, nguvu za elastic hazifufuki ambazo zitaelekea kurudisha kioevu kwenye nafasi yake ya awali. Mawimbi ya longitudinal yanaweza kueneza katika vitu vya kioevu na gesi, na katika vitu vikali. Kwa kuwa deformation compressive ni asili katika majimbo haya yote ya miili.
Wakati wimbi linapoenea, mwendo huhamishwa kutoka kwa chembe moja hadi nyingine. Mali kuu ya mawimbi yote ni uhamisho wa nishati bila uhamisho wa suala.
Mawimbi ya akustika na sumakuumeme yanayoenea katika vyombo vya habari na vifaa mbalimbali hutii sheria sawa za mawimbi. Haya ni matukio ya msisimko wa wimbi na vyanzo maalum, kutafakari na kukataa kwa mawimbi kwenye interface kati ya vyombo vya habari, kutawanyika kwa inhomogeneities, refraction (curvature ya trajectory ya uenezi wa wimbi), ngozi ya nishati, kuingiliwa.
Uenezi wa mawimbi ya asili yoyote ni rahisi kuelewa na kuelezea ikiwa tutageuka kwenye kanuni ya Huygens: kila hatua ya kati inayohusika katika mwendo wa wimbi inakuwa chanzo cha wimbi jipya, linaloitwa wimbi la msingi. Mbele ya wimbi lililozingatiwa ni matokeo ya kuongezwa kwa mawimbi mengi ya msingi (Mchoro 1.1). Kanuni ya Huygens ni halali kwa aina zote za mawimbi, ikiwa ni pamoja na yale ya akustisk na sumakuumeme.
Mchele. 1.1. Msimamo wa wimbi la mbele kwa nyakati tofauti,
kuamua kulingana na kanuni ya Huygens
Mwelekeo wa uenezi wa wimbi kawaida huitwa ray. Mbele ya wimbi ni perpendicular kwa boriti. Kwa mawimbi ya cylindrical na spherical yanayoenea kutoka kwa chanzo cha msisimko, mionzi huelekezwa kwa radially, na pande za mawimbi ni mitungi au nyanja, kwa mtiririko huo (Mchoro 1.2). A) Katika kesi ya chanzo cha gorofa au mbali, mawimbi ya ndege hutokea. Ndani yao, mionzi ni sawa, na pande za mawimbi ni ndege (Mchoro 1.2 b).
Ikiwa kwenye njia ya uenezi wa wimbi kuna mpaka na kati ambayo mali yake hutofautiana na mali ya njia ya uenezi, athari ya kutafakari kwa sehemu au kamili, pamoja na sehemu (na katika baadhi ya matukio kamili) maambukizi katika kati ya pili ni. kuzingatiwa. Kwa kuwa mbele ya wimbi ni perpendicular kwa mwelekeo wa uenezi wa wimbi katika kati ya homogeneous, usawa wa pembe za matukio na kutafakari kwa mawimbi imethibitishwa kutoka kwa ujenzi rahisi wa kijiometri (Mchoro 1.3). Hata hivyo, tofauti na mawimbi ya sumakuumeme, kwa mawimbi ya akustisk katika baadhi ya matukio athari ya mgawanyiko wa mawimbi na kuonekana kwa boriti ya wimbi inayoakisiwa kwa pembe tofauti inaweza kuzingatiwa (ona Hotuba ya 15).
Mwelekeo wa uenezi wa mawimbi yaliyokataa inategemea uwiano wa kasi ya uenezi wa wimbi katika vyombo vya habari vya kwanza na vya pili (Mchoro 1.4). Uchambuzi wa tabia ya mawimbi kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari ni rahisi kufanya kulingana na matumizi ya kanuni ya Huygens na kuzingatia mawimbi ya kimsingi yanayosisimka kwenye kiolesura.
Mchele. 1.2. Mawimbi ya mbele na miale:
A- katika wimbi la kuenea kwa radially; b- katika wimbi la ndege
Mchele. 1.3. Onyesho la wimbi la ndege kwenye kiolesura
Ikiwa mali ya kati inayoathiri kasi ya uenezi wa wimbi inabadilika, basi jambo kama vile kukataa linaweza kuzingatiwa. Refraction inaitwa mkunjo wa njia ya uenezi wa mawimbi kwa njia isiyo ya moja kwa moja.
Mchele. 1.4. Kinyume cha wimbi la ndege kwenye kiolesura
Ikiwa mwili wowote unakabiliwa na njia ya uenezi wa wimbi, hii inasababisha kuvuruga kwa muundo wa shamba. Kwa mfano, athari za mawimbi yanayozunguka kikwazo huzingatiwa. Katika fizikia, jambo hili linaitwa diffraction. Mchoro wa shamba unaotokana unategemea kwa kiasi kikubwa uwiano wa ukubwa wa vikwazo na urefu wa wimbi. Katika Mtini. Mchoro 1.5 unaonyesha jinsi muundo wa shamba la wimbi la ndege, "kuvuja" kupitia shimo ndogo, hubadilika. Katika baadhi ya matukio, uchambuzi wa uwanja uliosambaratika unaweza kufanywa tena kwa kuzingatia mawimbi ya kimsingi na kanuni ya Huygens.
Mchoro.1.5. Diffraction ya wimbi la ndege na shimo ndogo
Kuonekana kwa uwanja wa ziada wa akustisk au sumakuumeme kama matokeo ya mgawanyiko wa mawimbi yanayolingana kwenye vizuizi vilivyowekwa katikati, juu ya utofauti wa kati, na vile vile kwenye mipaka isiyo sawa na isiyo na usawa ya media inaitwa. kutawanyika mawimbi Wakati wa kutawanya, uwanja unaosababishwa unaweza kuwakilishwa kama jumla ya wimbi la msingi ambalo lilikuwepo kwa kukosekana kwa vizuizi na wimbi lililotawanyika (pili) linalotokana na mwingiliano wa wimbi la msingi na vizuizi. Ikiwa kuna vikwazo vingi, basi muundo wa jumla wa shamba huundwa na majumuisho ya mawimbi yaliyotawanyika mara kwa mara na mara kwa mara.
Dhana nyingine muhimu inayotumika katika nadharia ya michakato ya mawimbi ni kuingiliwa kwa mawimbi. Kuingilia kati mawimbi ni kuongeza katika nafasi ya mawimbi mawili au zaidi, ambayo kwa pointi tofauti katika nafasi amplitude ya wimbi kusababisha ni nguvu au dhaifu. Kuingilia kati huzingatiwa katika mawimbi ya asili yoyote, ikiwa ni pamoja na acoustic na sumakuumeme.
Mchele. 1.6. Mfano wa kuingiliwa kwa kuongeza kwa mawimbi kutoka kwa vyanzo viwili