Свойства механических волн

Изменим опыт. Возьмём небольшую пластину, размеры которой сравнимы с длиной волны. Увидим, что волны будут заходить за пластину (рис. 93), иначе говоря, они будут распространяться почти так же, как если бы препятствия не было.

Рис. 93

Явление огибания волной препятствия называют дифракцией.

Благодаря дифракции мы слышим звук из-за угла дома, находясь за деревом и т. п. Дифракцию механических волн можно наблюдать, если размеры окружающих нас предметов невелики по сравнению с длиной волны. Действительно, длина звуковой волны в воздухе при частоте от 64 Гц (низкая басовая нота) до 1300 Гц (верхняя сопрановая нота) лежит в пределах от 5,36 до 0,26 м, что соизмеримо с размерами, например, дачного домика.

4. Проделаем ещё один опыт. Для получения волн возьмём вибратор, на конце которого находятся два острия (рис. 94). Они представляют собой два источника волн, колеблющихся с одинаковой частотой. В любую точку на поверхности воды приходят одновременно две волны.

Рис. 94

Каждая частица среды начинает совершать колебания с частотой вибратора, возбудившего эту волну. А поскольку в данную точку среды приходят сразу две волны, то частица одновременно участвует в двух колебаниях. Происходит сложение колебаний или наложение двух волн.

Если посмотреть на поверхность воды, то можно увидеть чередование областей, в которых колебания особенно сильны, и областей с ослабленными колебаниями, т. е. чередование максимумов и минимумов колебаний.

Явление наложения волн в пространстве, при котором наблюдается неизменное во времени чередование максимумов и минимумов амплитуд колебаний частиц среды, называют интерференцией волн.

Образующуюся при этом на поверхности воды картину называют интерференционной.

5. Рассмотрим, как возникает интерференционная картина. Пусть в какую-то точку А поверхности воды приходят две волны, гребни которых совпадают (рис. 95, а). В этой точке получится усиленный подъём воды. Через полпериода гребни в точке А одновременно сменятся впадинами, и вода сильно опустится (рис. 95, б). Таким образом, в точке А будет происходить усиление колебаний.

Рис. 95

В некоторой точке В поверхности воды гребень одной волны может совпасть со впадиной другой (рис. 96, а). Колебания в этой точке взаимно ослабятся. Через половину периода в точке В будет впадина первой волны совпадать с гребнем второй (рис. 96, б), и опять колебания ослабятся.

Рис. 96

Интерференционная картина устойчива, она не меняется со временем, если частота колебаний вибраторов и соответственно длина излучаемых волн будут одинаковы.

Для того чтобы интерференционная картина была выражена ярко, амплитуды колебаний вибраторов должны быть одинаковы. В этом случае суммарная амплитуда при усилении колебаний будет равна удвоенной амплитуде, а при ослаблении — нулю.

<<< К началу Окончание >>>