Отримання знань

Розділ 5. Властивості механічних хвиль:

До основних властивостей механічних хвиль відносять такі:

Ø      Відбивання

Ø      Заломлення

Ø      Інтерференція

Ø      Дифракція

Ø      Поляризація

Розглянемо кожну із властивостей окремо.

Розділ 5.1. Відбивання хвиль.

Відбивання хвиль притаманне як поздовжнім так і поперечним хвилям.

Відбивання – це явище, при якому, хвиля, дійшовши до межі поділу двох середовищ змінює напрям свого поширення, залишаючись у тому середовищі, з якого вийшла.

За допомогою принципу Гюйгенса можна встановити закон, який описує поведінку хвилі при відбиванні. Встановимо закон на прикладі відбивання плоскої хвилі.

На рис 5 NM – межа поділу двох середовищ, прямі АА₁ та ВВ₁ – два промені падаючої плоскої хвилі, паралельні один одному; АС – хвильова поверхня цієї хвилі. Кут α між падаючим променем і перпендикуляром проведеним в точку падіння до межі поділу двох середовищ називають кутом падіння. З рисунка слідує, що промінь АА₁ раніше дійде до межі поділу двох середовищ. В результаті точка А стане джерелом вторинних хвиль, які поширюватимуться у просторі, в тому числі і вздовж прямої АВ (див рис). Хвильову поверхню відбитої хвилі можна отримати, якщо провести огинаючу вторинних хвиль, центри яких лежать на межі поділу двох середовищ (АВ).

Різні ділянки хвильової поверхні АD досягають межі поділу двох середовищ не одночасно. Відповідно збудження коливань у точці А почнеться раніше ніж у точці В на час Δt=DВ/υ (де υ – швидкість хвилі). В момент, коли хвиля досягає точки В і у цій точці почнеться збурення коливань, вторинна хвиля з центром у точці А вже являтиме собою півколо з радіусом R=AС= υΔt=DB. Радіуси вторинних хвиль від джерел, розміщених між точками А та В, змінюються так, як показано на рис 5. Згинаючою фронтів вторинних хвиль є площина CB, яка є дотичною до півкіл. Вона являє собою хвильову поверхню відбитої хвилі. Відбиті промені АА₂ та ВВ₂ перпендикулярні хвильовій поверхні CB. Кут β між відбитим променем АА₂ і перпендикуляром проведеним в точку падіння до межі поділу двох середовищ називають кутом відбивання.

Так як хвиля поширюється в одному і тому ж середовищі, то швидкість її незмінна. Час Δt, за який промінь ВВ₁ пройде відстань DB, промінь АА₁ пройде відстань АС. Оскільки час поширення променів та їх швидкості однакові, то й DB= АС.

Розглянемо прямокутні трикутники: ΔАСВ та ΔBDA (рис 6). Обидва трикутники прямокутні. У цих трикутників сторона АВ (гіпотенуза) – спільна, та сторони DB та АС – рівні. Отже, ΔАСВ = ΔBDA як прямокутні за рівними гіпотенузою та катетом. У рівних трикутників відповідні сторони та кути рівні,  тому α=β (кут падіння дорівнює куту відбивання).

Крім того з принципу Гюйгенса слідує, що падаючий промінь, відбитий та перпендикуляр проведений до межі поділу двох середовищ у точку падіння лежать в одній площині. Встановлені закономірності часто об’єднують в принцип, який називають законом відбивання хвилі.

Закон відбивання:

Промінь падаючий, промінь відбитий та перпендикуляр проведений в точку падіння до межі поділу двох середовищ лежать в одні площині і кут падіння дорівнює куту відбивання.

Завдяки відбиванню механічних хвиль, що поширюються в повітрі (звуку), ми можемо чути різні звуки. Крім того форма відбиваючої поверхні може також спотворювати звук, послаблювати чи підсилювати його. Наприклад, при падінні хвилі на поверхню у вигляді півсфери, відбитий звук значно підсилюється за рахунок накладання відбитих променів (інтерференції), про яке ми будемо говорити нижче. Тому у церквах, де стелю роблять у вигляді купола так гарно чути слова священика і здається, що вони линуть ніби зверху.