Tinatalakay ng artikulong ito ang naturang phenomenon ng physics bilang interference: ano ito, kailan ito nangyayari at kung paano ito inilalapat. Inilalarawan din nito nang detalyado ang kaugnay na konsepto ng wave physics - diffraction.

Mga uri ng alon

Kapag ang salitang "alon" ay lumitaw sa isang libro o sa isang pag-uusap, kung gayon, bilang isang patakaran, ang dagat ay agad na lilitaw: isang asul na kalawakan, isang napakalawak na distansya, isa-isa, ang mga maalat na shaft ay tumatakbo papunta sa baybayin. Ang isang naninirahan sa mga steppes ay mag-iisip ng ibang tanawin: isang walang hanggan na kalawakan ng damo, ito ay umuugoy sa ilalim ng banayad na simoy. May ibang maaalala ang mga alon, na tumitingin sa mga fold ng isang mabigat na kurtina o ang pag-awit ng bandila sa isang maaraw na araw. Ang isang mathematician ay mag-iisip ng isang sinusoid, ang isang radio lover ay mag-iisip ng mga electromagnetic oscillations. Lahat sila ay may iba't ibang kalikasan at nabibilang sa iba't ibang uri ng hayop. Ngunit ang isang bagay ay hindi maikakaila: ang isang alon ay isang estado ng paglihis mula sa ekwilibriyo, ang pagbabago ng ilang uri ng "makinis" na batas sa isang oscillatory. Ito ay para sa kanila na ang gayong kababalaghan bilang panghihimasok ay naaangkop. Ano ito at kung paano ito lumitaw, isasaalang-alang natin sa ibang pagkakataon. Una, tingnan natin kung ano ang mga alon. Inililista namin ang mga sumusunod na uri:

• mekanikal;
• kemikal;
• electromagnetic;
• grabidad;
• iikot;
• probabilistiko.

Mula sa pananaw ng pisika, ang mga alon ay nagdadala ng enerhiya. Ngunit nangyayari na ang misa ay gumagalaw din. Ang pagsagot sa tanong kung ano ang pagkagambala sa pisika, dapat tandaan na ito ay katangian ng mga alon ng ganap na anumang kalikasan.

Mga Palatandaan ng Pagkakaiba ng Alon

Kakatwa, ngunit walang iisang kahulugan ng isang alon. Ang kanilang mga species ay sobrang magkakaibang na mayroong higit sa isang dosenang mga uri ng pag-uuri lamang. Paano nakikilala ang mga alon?

1. Ayon sa paraan ng pamamahagi sa kapaligiran (tumatakbo o nakatayo).
2. Sa pamamagitan ng likas na katangian ng wave mismo (oscillatory at solitons ay tiyak na naiiba sa batayan na ito).
3. Ayon sa uri ng pamamahagi sa daluyan (paayon, nakahalang).
4. Sa pamamagitan ng antas ng linearity (linear o non-linear).
5. Ayon sa mga katangian ng daluyan kung saan sila nagpapalaganap (discrete, tuloy-tuloy).
6. Sa hugis (flat, spherical, spiral).
7. Ayon sa mga tampok ng pisikal na daluyan ng pagpapalaganap (mechanical, electromagnetic, gravitational).
8. Sa direksyon ng oscillation ng mga particle ng medium (compression o shear waves).
9. Sa oras na kinakailangan upang ma-excite ang medium (single, monochromatic, wave packet).

At ang interference ay naaangkop sa anumang uri ng mga kaguluhang ito ng medium. Ano ang napakaespesyal sa konseptong ito at kung bakit eksaktong ginagawa ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ang ating mundo sa paraang ito, sasabihin natin pagkatapos ibigay ang mga katangian ng alon.

Mga katangian ng alon

Anuman ang uri at uri ng mga alon, lahat sila ay may mga karaniwang katangian. Narito ang listahan:

1. Ang suklay ay isang uri ng maximum. Para sa mga compression wave, ito ang lugar ng pinakamataas na density ng medium. Kinakatawan ang pinakamalaking positibong paglihis ng oscillation mula sa estado ng equilibrium.
2. Ang isang guwang (sa ilang mga kaso ay isang lambak) ay ang kabaligtaran ng isang tagaytay. Ang pinakamababa, ang pinakamalaking negatibong paglihis mula sa estado ng balanse.
3. Ang temporal periodicity, o frequency, ay ang oras na kinakailangan para sa isang alon upang maglakbay mula sa isang mataas patungo sa susunod.
4. Ang spatial periodicity, o wavelength, ay ang distansya sa pagitan ng mga katabing peak.
5. Ang amplitude ay ang taas ng mga taluktok. Ang kahulugang ito ang kakailanganin upang maunawaan kung ano ang interference ng alon.

Sinuri namin ang alon nang detalyado, ang mga katangian nito at iba't ibang mga pag-uuri, dahil ang konsepto ng "pagkagambala" ay hindi maipaliwanag nang walang malinaw na pag-unawa sa naturang kababalaghan bilang isang kaguluhan ng daluyan. Ipinapaalala namin sa iyo na ang interference ay may katuturan lamang para sa mga alon.

Pakikipag-ugnayan ng alon

Ngayon ay malapit na tayo sa konsepto ng "panghihimasok": ano ito, kailan ito nangyayari at kung paano ito tukuyin. Ang lahat ng mga uri, uri at katangian ng mga alon na nakalista sa itaas ay tumutukoy sa perpektong kaso. Ang mga ito ay mga paglalarawan ng isang "spherical horse in a vacuum", iyon ay, ilang teoretikal na konstruksyon na imposible sa totoong mundo. Ngunit sa pagsasagawa, ang buong espasyo sa paligid ay natatakpan ng iba't ibang alon. Ang liwanag, tunog, init, radyo, mga prosesong kemikal ay media. At lahat ng mga alon na ito ay nakikipag-ugnayan. Ang isang tampok ay dapat tandaan: upang maimpluwensyahan nila ang isa't isa, dapat silang magkaroon ng magkatulad na mga katangian.

Ang mga sound wave ay hindi maaaring makagambala sa liwanag sa anumang paraan, at ang mga radio wave ay hindi maaaring makipag-ugnayan sa hangin sa anumang paraan. Siyempre, ang impluwensya ay naroroon pa rin, ngunit ito ay napakaliit na ang epekto nito ay hindi isinasaalang-alang. Sa madaling salita, kapag ipinapaliwanag kung ano ang light interference, ipinapalagay na ang isang photon ay nakakaapekto sa isa pa kapag ito ay nakakatugon. Kaya, nang mas detalyado.

Panghihimasok

Para sa maraming uri ng mga alon, gumagana ang prinsipyo ng superposisyon: kapag nagtagpo sila sa isang punto sa espasyo, nakikipag-ugnayan sila. Ang pagpapalitan ng enerhiya ay ipinapakita sa pagbabago sa amplitude. Ang batas ng pakikipag-ugnayan ay ang mga sumusunod: kung ang dalawang maxima ay nagtagpo sa isang punto, pagkatapos ay sa huling alon ang intensity ng maximum na doble; kung ang isang maximum at isang minimum ay nagtagpo, pagkatapos ay ang nagresultang amplitude ay naglalaho. Ito ay isang malinaw na sagot sa tanong kung ano ang interference ng liwanag at tunog. Sa esensya, ito ay isang superimposition phenomenon.

Interference ng mga alon na may iba't ibang katangian

Ang kaganapang inilarawan sa itaas ay kumakatawan sa pagtatagpo ng dalawang magkaparehong alon sa linear na espasyo. Gayunpaman, ang dalawang counterpropagating na alon ay maaaring magkaroon ng magkaibang mga frequency, amplitude, at haba. Paano ipakita ang huling larawan sa kasong ito? Ang sagot ay nakasalalay sa katotohanan na ang resulta ay hindi magiging eksakto tulad ng isang alon. Iyon ay, ang mahigpit na pagkakasunud-sunod ng paghahalili ng maxima at minima ay lalabag: sa ilang mga punto ang amplitude ay magiging maximum, sa susunod ay magiging mas mababa, pagkatapos ay ang maximum at minimum ay matugunan at ang resulta ay magiging zero. Gayunpaman, gaano man kalakas ang mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawang alon, ang amplitude ay mauulit pa rin sa maaga o huli. Sa matematika, kaugalian na magsalita ng infinity, ngunit sa katotohanan, ang mga frictional forces at inertia ay maaaring huminto sa mismong pag-iral ng resultang alon bago maulit ang pattern ng mga taluktok, lambak at kapatagan.

Panghihimasok ng mga alon na nagtatagpo sa isang anggulo

Ngunit, bilang karagdagan sa kanilang sariling mga katangian, ang mga tunay na alon ay maaaring magkaroon ng iba't ibang posisyon sa kalawakan. Halimbawa, kapag isinasaalang-alang kung ano ang sound interference, dapat itong isaalang-alang. Isipin: isang batang lalaki ang naglalakad at sumipol. Nagpapadala ito ng sound wave sa unahan. At dumaan sa kanya ang isa pang batang lalaki na sakay ng bisikleta at nag-bell para tumabi ang pedestrian. Sa tagpuan ng dalawang sound wave na ito, nagsalubong ang mga ito sa ilang anggulo. Paano makalkula ang amplitude at hugis ng pangwakas na pagbabagu-bago ng hangin, na maaabot, halimbawa, ang pinakamalapit na nagbebenta ng mga buto ng lola Masha? Dito pumapasok ang vector component ng sound wave. At sa kasong ito, kinakailangan na magdagdag o ibawas hindi lamang ang magnitude ng amplitude, kundi pati na rin ang mga vector ng pagpapalaganap ng mga oscillations na ito. Umaasa kami na si Lola Masha ay hindi masyadong sumigaw sa mga maiingay na lalaki.

Interference ng liwanag na may iba't ibang polariseysyon

Nangyayari rin na ang mga photon ng iba't ibang mga polarisasyon ay nagtatagpo sa isang punto. Sa kasong ito, dapat ding isaalang-alang ang bahagi ng vector ng mga electromagnetic oscillations. Kung hindi sila magkaparehong patayo o ang isa sa mga sinag ng liwanag ay may pabilog o elliptical polarization, kung gayon ang pakikipag-ugnayan ay lubos na posible. Ang ilang mga pamamaraan para sa pagtukoy ng optical na kadalisayan ng mga kristal ay batay sa prinsipyong ito: walang dapat na pakikipag-ugnayan sa mga patayong polarized na beam. Kung ang larawan ay baluktot, kung gayon ang kristal ay hindi perpekto, binabago nito ang polariseysyon ng mga beam, na nangangahulugang hindi ito lumaki nang tama.

Interference at diffraction

Ang pakikipag-ugnayan ng dalawang sinag ng liwanag ay humahantong sa kanilang interference, bilang isang resulta, nakikita ng tagamasid ang isang bilang ng liwanag (maxima) at madilim (minimum) na mga banda o singsing. Ngunit ang pakikipag-ugnayan ng liwanag at bagay ay sinamahan ng isa pang kababalaghan - diffraction. Ito ay batay sa katotohanan na ang liwanag ng iba't ibang mga wavelength ay naiiba sa refracted ng daluyan. Halimbawa, kung ang wavelength ay 300 nanometer, kung gayon ang deflection angle ay 10 degrees, at kung 500 nanometer, ito ay 12 na. Kaya, kapag ang liwanag mula sa isang sinag ng araw ay bumagsak sa isang quartz prism, ang pula ay na-refracted nang iba kaysa sa violet (ang kanilang mga wavelength differ), at ang nagmamasid ay nakakita ng bahaghari. Ito ang sagot sa tanong kung ano ang interference at diffraction ng liwanag at kung paano sila nagkakaiba. Kung ang monochromatic radiation mula sa isang laser ay nakadirekta sa parehong prisma, walang bahaghari, dahil walang mga photon ng iba't ibang mga wavelength. Ito ay lamang na ang sinag ay lumihis mula sa orihinal na direksyon ng pagpapalaganap sa pamamagitan ng isang tiyak na anggulo, at iyon lang.

Application ng phenomenon ng interference sa practice

Mayroong maraming mga pagkakataon upang makakuha ng praktikal na benepisyo mula sa purong teoretikal na kababalaghan. Ang mga pangunahing lamang ang ililista dito:

1. Pag-aaral ng kalidad ng mga kristal. Napag-usapan namin ito ng medyo mas mataas.
2. Pagkilala sa mga error sa lens. Kadalasan sila ay dapat na giling sa isang perpektong spherical na hugis. Ang pagkakaroon ng anumang mga depekto ay natukoy nang tumpak sa tulong ng hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala.
3. Pagpapasiya ng kapal ng pelikula. Sa ilang mga uri ng produksyon, ang isang palaging kapal ng pelikula, tulad ng plastic, ay napakahalaga. Ito ay tiyak na ang kababalaghan ng interference kasama ang diffraction na ginagawang posible upang matukoy ang kalidad nito.
4. Pag-iilaw ng optika. Ang mga salamin, lente ng mga camera at mikroskopyo ay natatakpan ng manipis na pelikula. Kaya, ang mga electromagnetic wave ng isang tiyak na haba ay sinasalamin lamang at pinatong sa kanilang sarili, na binabawasan ang pagkagambala. Kadalasan, ang paliwanag ay ginagawa sa berdeng bahagi ng optical spectrum, dahil ito ang lugar na pinakamainam na nakikita ng mata ng tao.
5. Paggalugad sa kalawakan. Alam ang mga batas ng panghihimasok, nagagawa ng mga astronomo na paghiwalayin ang spectra ng dalawang malapit na espasyo na mga bituin at matukoy ang kanilang mga komposisyon at distansya mula sa Earth.
6. Teoretikal na pananaliksik. Sa sandaling ito ay sa tulong ng phenomenon ng interference na posible na patunayan ang wave nature ng elementary particles, tulad ng mga electron at protons. Kinumpirma nito ang hypothesis ng corpuscular-wave dualism ng microworld at inilatag ang pundasyon para sa quantum era.

Inaasahan namin na sa artikulong ito, ang iyong kaalaman sa superposisyon ng magkakaugnay (na ibinubuga ng mga pinagmumulan na may pare-pareho ang pagkakaiba sa yugto at parehong dalas) na mga alon ay lumawak nang malaki. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na interference.

Wave kalikasan ng liwanag. Noong ika-17 siglo, iminungkahi ng Dutch scientist na si Christian Huygens na ang liwanag ay may likas na alon. Kung ang laki ng bagay ay katapat sa haba ng daluyong, kung gayon ang liwanag, kumbaga, ay tumatakbo sa lugar ng anino at ang hangganan ng anino ay malabo. Ang mga phenomena na ito ay hindi maipaliwanag ng rectilinear propagation ng liwanag. Ang ideya ay sumalungat sa mga pahayag ni I. Newton na ang liwanag ay isang stream ng mga particle, ngunit ang likas na alon ng liwanag ay nakumpirma sa eksperimentong mga phenomena tulad ng interference at diffraction.

Ang mga wave phenomena na ito ay maaaring ipaliwanag gamit ang dalawang konsepto: ang Huygens na prinsipyo at ang pagkakaugnay ng liwanag.

Prinsipyo ng Huygens.Prinsipyo ng Huygens ay ang mga sumusunod: anumang punto ng harap ng alon ay maaaring ituring na pangalawang pinagmumulan ng mga elementarya na alon na nagpapalaganap sa orihinal na direksyon sa bilis ng pangunahing alon. Kaya, ang pangunahing alon ay maaaring ituring bilang ang kabuuan ng pangalawang elementarya na mga alon. Ayon sa prinsipyo ng Huygens, ang bagong posisyon ng wave front ng primary wave ay kasabay ng envelope curve mula sa elementary secondary waves (Fig. 11.20).

kanin. 11.20. Prinsipyo ng Huygens.

Pagkakaugnay-ugnay. Para sa paglitaw ng diffraction at interference, ang kondisyon ng constancy ng phase difference ng light waves mula sa iba't ibang light source ay dapat sundin:

Ang mga alon na nagpapanatili ng pare-parehong pagkakaiba sa bahagi ay tinatawag magkakaugnay.

Ang wave phase ay isang function ng distansya at oras:

Ang pangunahing kondisyon para sa pagkakaugnay ay ang patuloy na dalas ng liwanag. Gayunpaman, ang liwanag ay hindi mahigpit na monochromatic sa katotohanan. Samakatuwid, ang dalas, at, dahil dito, ang pagkakaiba ng bahagi ng liwanag ay maaaring hindi nakasalalay sa isa sa mga parameter (alinman sa oras o sa distansya). Kung ang dalas ay hindi nakasalalay sa oras, ang pagkakaugnay ay tinatawag temporal, at kapag hindi nakadepende sa distansya - spatial. Sa pagsasagawa, mukhang ang interference o diffraction pattern sa screen ay hindi nagbabago sa oras (na may temporal na pagkakaugnay), o ito ay pinapanatili kapag ang screen ay gumagalaw sa espasyo (na may spatial na pagkakaugnay).

Banayad na interference. Noong 1801, ang English physicist, physician at astronomer na si T. Jung (1773 - 1829) ay nakatanggap ng nakakumbinsi na kumpirmasyon ng wave nature ng liwanag at sinukat ang wavelength ng liwanag. Ang pamamaraan ng karanasan ni Young ay ipinapakita sa Fig. 11.21. Sa halip na ang inaasahang dalawang linya kung ang ilaw ay mga particle, nakita niya ang isang serye ng mga alternating band. Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pag-aakalang ang liwanag ay isang alon.

Banayad na interference tinatawag na phenomenon ng wave superposition. Ang panghihimasok sa liwanag ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng isang nakatigil (pare-pareho sa oras) na pattern ng interference - isang regular na paghahalili sa espasyo ng mga lugar na nadagdagan at nabawasan ang intensity ng liwanag, na nagreresulta mula sa superposisyon ng magkakaugnay na mga alon ng liwanag, i.e. waves ng parehong frequency, pagkakaroon ng isang pare-pareho ang phase pagkakaiba.

Ito ay halos imposible upang makamit ang isang palaging pagkakaiba sa mga yugto ng mga alon mula sa mga independiyenteng mapagkukunan. Samakatuwid, ang sumusunod na pamamaraan ay karaniwang ginagamit upang makakuha ng magkakaugnay na mga alon ng liwanag. Ang liwanag mula sa isang pinagmumulan ay sa paanuman ay nahahati sa dalawa o higit pang mga sinag at, nang ipadala ang mga ito sa magkaibang mga landas, sila ay pinagsasama-sama. Ang pattern ng interference na naobserbahan sa screen ay depende sa pagkakaiba sa pagitan ng mga landas ng mga wave na ito.

Mga kundisyon para sa interference maxima at minima. Ang superposisyon ng dalawang wave na may parehong dalas at pare-pareho ang pagkakaiba ng phase ay humahantong sa hitsura sa screen, halimbawa, kapag ang liwanag ay tumama sa dalawang slits, isang interference pattern - paghalili ng liwanag at madilim na guhitan sa screen. Ang dahilan para sa paglitaw ng mga light band ay ang superposisyon ng dalawang alon sa paraang ang dalawang maxima ay idinagdag sa isang naibigay na punto. Kapag ang maximum at minimum ng wave ay nakapatong sa isang naibigay na punto, sila ay nagbabayad sa isa't isa at lumilitaw ang isang madilim na banda. Ang mga figure 11.22a at 11.22b ay naglalarawan ng mga kondisyon para sa pagbuo ng minima at maxima ng light intensity sa screen. Upang ipaliwanag ang mga katotohanang ito sa isang quantitative level, ipinakilala namin ang notation: Δ ay ang path difference, d ang distansya sa pagitan ng dalawang slits, ay ang wavelength ng liwanag. Sa kasong ito, ang pinakamataas na kundisyon, na inilalarawan sa Fig. 11.22b, ay kumakatawan sa multiplicity ng path difference at ang wavelength ng liwanag:

Mangyayari ito kung ang mga oscillations na nasasabik sa punto M ng parehong mga alon ay nangyari sa parehong yugto at ang pagkakaiba ng bahagi ay:

kung saan ang m=1, 2, 3, ….

Ang kundisyon para sa paglitaw ng minima sa screen ay kumakatawan sa multiplicity ng light half-waves:

(11.4.5)

Sa kasong ito, ang mga oscillations ng light waves na nasasabik ng parehong magkakaugnay na alon sa punto M sa Fig. 11.22a ay magaganap sa antiphase na may pagkakaiba sa phase:

(11.4.6)

kanin. 11.21. Mga kundisyon para sa pagbuo ng minima at maxima ng pattern ng interference

Ang isang halimbawa ng interference ay interference sa thin films. Alam na kung maghulog ka ng gasolina o langis sa tubig, mapapansin ang mga kulay na mantsa. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang gasolina o langis ay bumubuo ng isang manipis na pelikula sa tubig. Ang bahagi ng liwanag ay makikita mula sa itaas na ibabaw, at ang iba pang bahagi mula sa ibabang ibabaw - ang interface sa pagitan ng dalawang media. Ang mga alon na ito ay magkakaugnay. Ang mga sinag na sinasalamin mula sa itaas at ibabang ibabaw ng pelikula (Larawan 11.22) ay nakakasagabal, na bumubuo ng maxima at minima. Kaya, lumilitaw ang isang pattern ng interference sa isang manipis na pelikula. Ang isang pagbabago sa kapal ng pelikula ng gasolina o langis sa ibabaw ng tubig ay humahantong sa isang pagbabago sa pagkakaiba ng landas para sa mga alon na may iba't ibang haba at, dahil dito, isang pagbabago sa kulay ng mga guhitan.

kanin. 11.22 Panghihimasok sa mga manipis na pelikula

Ang isa sa pinakamahalagang tagumpay sa paggamit ng interference ay ang paglikha ng isang ultra-tumpak na instrumento para sa pagsukat ng mga distansya - Michelson interferometer(fig.11.24). Ang monochromatic na ilaw ay insidente sa isang semitransparent na salamin na matatagpuan sa gitna ng pattern, na humahati sa sinag. Ang isang sinag ng liwanag ay makikita mula sa isang nakapirming salamin, na matatagpuan sa tuktok ng Fig. 11.23, ang pangalawa mula sa isang movable mirror, na matatagpuan sa kanan sa Fig. 11.23. Ang parehong mga beam ay bumalik sa punto ng pagmamasid, na nakakasagabal sa isa't isa sa light wave interference recorder. Ang displacement ng movable mirror sa pamamagitan ng isang-kapat ng alon ay humahantong sa pagpapalit ng mga light band ng madilim. Ang katumpakan ng pagsukat ng distansya na nakamit sa kasong ito ay 10 -4 mm. Ito ay isa sa mga pinakatumpak na pamamaraan para sa pagsukat ng laki ng mga microscopic na dami, na nagbibigay-daan sa iyong sukatin ang mga distansya na may katumpakan na maihahambing sa wavelength ng liwanag.

Ang pagsasaayos ng mga modernong high-tech na pag-install, halimbawa, ang mga elemento ng Large Hadron Collider sa CERN, ay nagaganap nang may katumpakan hanggang sa mga wavelength ng liwanag.

kanin. 11.23. Michelson interferometer

Diffraction. Ang pang-eksperimentong pagtuklas ng phenomenon ng diffraction ay isa pang kumpirmasyon ng bisa ng wave theory ng liwanag.

Sa Paris Academy of Sciences noong 1819, ipinakita ni A. Fresnel ang wave theory of light, na nagpapaliwanag ng phenomenon ng diffraction at interference. Ayon sa teorya ng alon, ang diffraction ng liwanag sa isang opaque na disk ay dapat na humantong sa paglitaw ng isang maliwanag na lugar sa gitna ng disk, dahil ang pagkakaiba sa landas ng mga sinag sa gitna ng disk ay zero. Kinumpirma ng eksperimento ang pagpapalagay na ito (Larawan 11.24). Ayon sa teorya ni Huygens, ang mga punto sa disk rim ay pinagmumulan ng pangalawang light waves, at magkakaugnay ang mga ito sa isa't isa. Samakatuwid, ang liwanag ay pumapasok sa rehiyon sa likod ng disk.

Diffraction tinatawag na phenomenon ng wave bending around obstacles. Kung ang wavelength ay malaki, kung gayon ang alon ay tila hindi napapansin ang mga hadlang. Kung ang haba ng daluyong ay maihahambing sa laki ng balakid, pagkatapos ay sa screen ang hangganan ng anino mula sa balakid ay malabo.

kanin. 11.24. Diffraction sa isang opaque disk

Ang diffraction ng liwanag sa pamamagitan ng isang hiwa ay nagreresulta sa paglitaw ng mga papalit-palit na liwanag at madilim na banda. Bukod dito, ang kondisyon ng unang minimum ay may anyo (Larawan 11.25):

kung saan ang wavelength, d ang laki ng slot.

Ang parehong figure ay nagpapakita ng dependence ng light intensity sa deviation angle θ mula sa rectilinear na direksyon.

kanin. 11.25. Ang kondisyon para sa pagbuo ng 1st maximum.

Ang isang simpleng halimbawa ng diffraction ay maaaring maobserbahan ng iyong sarili, kung titingnan mo ang isang bombilya ng silid sa pamamagitan ng isang maliit na hiwa sa iyong palad o sa pamamagitan ng mata ng isang karayom, pagkatapos ay mapapansin natin ang mga concentric na maraming kulay na bilog sa paligid ng pinagmumulan ng liwanag.

Batay sa paggamit ng phenomenon ng diffraction works spectroscope- isang aparato para sa napakatumpak na pagsukat ng mga wavelength gamit ang isang diffraction grating (Larawan 11.26).

kanin. 11.26. Spectroscope.

Ang spectroscope ay naimbento ni Josef Fraunhofer noong unang bahagi ng ika-19 na siglo. Sa loob nito, ang liwanag na dumaan sa mga slits at collimating lens ay naging manipis na sinag ng magkatulad na sinag. Ang liwanag mula sa pinagmulan ay pumapasok sa collimator sa pamamagitan ng isang makitid na hiwa. Ang slit ay nasa focal plane. Sinusuri ng teleskopyo ang diffraction grating. Kung ang anggulo ng pipe ay tumutugma sa anggulo na nakadirekta sa maximum (karaniwan ay ang una), pagkatapos ay makikita ng tagamasid ang isang maliwanag na banda. Tinutukoy ng anggulo θ ng lokasyon sa screen ng unang maximum ang wavelength. Sa esensya, ang aparatong ito ay batay sa prinsipyong inilalarawan sa Fig. 11.25.

Upang makuha ang pagtitiwala ng intensity ng liwanag sa haba ng daluyong (ang pagdepende na ito ay tinatawag na spectrum), ang ilaw ay dumaan sa isang prisma. Sa labasan mula dito, bilang isang resulta ng pagpapakalat, ang ilaw ay nahati sa mga bahagi. Sa tulong ng isang teleskopyo posible na masukat ang spectra ng paglabas. Matapos ang pag-imbento ng photographic film, isang mas tumpak na instrumento ang nilikha: ang spectrograph. Gumagawa sa parehong prinsipyo tulad ng spectroscope, mayroon siyang camera sa halip na isang observation tube. Sa kalagitnaan ng ikadalawampu siglo, ang camera ay pinalitan ng isang electron photomultiplier tube, na naging posible upang makabuluhang taasan ang katumpakan at magsagawa ng real-time na pagsusuri.

Ang phenomena ng interference at diffraction ng liwanag ay nagsisilbing patunay ng wave nature nito.

panghihimasok Ang mga alon ay tinatawag na phenomenon ng superposition ng mga alon, kung saan ang kanilang mutual amplification ay nangyayari sa ilang mga punto sa espasyo at humihina sa iba. Lumilitaw lamang ang pattern ng interference na hindi nagbabago sa oras (nakatigil) kapag idinagdag ang mga wave ng pantay na frequency na may pare-parehong pagkakaiba sa phase. Ang ganitong mga alon at ang mga pinagmumulan na nagpapasigla sa kanila ay tinatawag magkakaugnay.

Ang pagkagambala ng liwanag - isa sa mga pagpapakita ng kalikasan ng alon nito, ay nangyayari, halimbawa, kapag ang liwanag ay makikita sa isang manipis na puwang ng hangin sa pagitan ng isang flat glass plate at isang plano-convex lens. Sa kasong ito, nangyayari ang interference kapag idinagdag ang magkakaugnay na alon 1 at 2 na sinasalamin mula sa magkabilang panig ng layer ng hangin. Ang pattern ng interference na ito, na may anyo ng concentric rings, ay tinatawag na Newton's rings bilang parangal kay I. Newton, na unang inilarawan ito at natagpuan na ang radii ng mga singsing na ito para sa pulang ilaw ay mas malaki kaysa sa asul.

Isinasaalang-alang na ang liwanag ay mga alon, ipinaliwanag ng Ingles na physicist na si T. Jung ang interference ng liwanag tulad ng sumusunod. Ray insidente sa lens 0 pagkatapos ng pagmuni-muni mula sa matambok na ibabaw nito at ang repraksyon ay nagdudulot ng dalawang sinag ( 1 at 2 ). Sa kasong ito, ang liwanag na alon sa sinag 2 nahuhuli sa likod ng sinag 1 sa Dj, at ang pagkakaiba ng bahagi ng Dj ay nakasalalay sa "dagdag" na landas na dinaanan ng sinag 2 , kumpara sa sinag 1 .

Malinaw, kung Dj = n l, saan n ay isang integer, pagkatapos ay ang mga alon 1 at 2 , pagdaragdag, ay magpapatibay sa isa't isa at, sa pagtingin sa lens sa mga anggulong ito, makikita natin ang isang maliwanag na singsing ng liwanag ng isang naibigay na haba ng daluyong. Sa kabaligtaran, kung

saan n ay isang integer, pagkatapos ay ang mga alon 1 at 2 , pagdaragdag, ay papatayin ang bawat isa, at samakatuwid, sa pagtingin sa lens mula sa itaas sa ganoong anggulo, makikita natin ang isang madilim na singsing. Kaya, ang pagkagambala ng alon ay humahantong sa muling pamamahagi ng enerhiya ng oscillation sa pagitan ng iba't ibang malapit na pagitan ng mga particle ng medium.

Ang interference ay nakasalalay sa wavelength, at samakatuwid, sa pamamagitan ng pagsukat ng mga angular na distansya sa pagitan ng katabing minima at maxima ng interference pattern, matutukoy ng isa ang wavelength ng liwanag. Kung ang pagkagambala ay nangyayari sa manipis na mga pelikula ng gasolina sa ibabaw ng tubig o sa mga pelikula ng mga bula ng sabon, kung gayon ito ay humahantong sa pangkulay ng mga pelikulang ito sa lahat ng mga kulay ng bahaghari. Ang interference ay ginagamit upang bawasan ang reflection ng liwanag mula sa optical glasses at lenses, na tinatawag na paliwanag ng optika. Upang gawin ito, ang isang pelikula ng isang transparent na substansiya ay inilapat sa ibabaw ng salamin ng tulad ng isang kapal na ang phase pagkakaiba ng mga ilaw na alon na makikita mula sa salamin at ang pelikula ay .

Diffraction ng liwanag– ang pagyuko ng mga magagaan na alon sa paligid ng mga gilid ng mga hadlang, na isa pang patunay ng likas na alon ng liwanag, ay unang ipinakita ni T. Jung sa isang eksperimento nang bumagsak ang isang liwanag na alon ng eroplano sa isang screen na may dalawang magkadikit na hiwa. Ayon sa prinsipyo ng Huygens, ang mga puwang ay maaaring ituring bilang mga mapagkukunan ng pangalawang magkakaugnay na alon. Samakatuwid, ang pagdaan sa bawat isa sa mga slits, ang light beam ay lumawak, at isang interference pattern sa anyo ng alternating light at dark stripes ay na-obserbahan sa screen sa rehiyon ng magkakapatong na light beam mula sa mga slits. Ang hitsura ng pattern ng interference ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga alon mula sa mga puwang sa bawat punto P magkaibang mga distansya r 1 at r 2 ang pumasa sa screen, at ang katumbas na pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay tumutukoy sa liwanag ng punto R.

Banayad na polariseysyon

Ang polarization ng mga light wave, na bunga ng kanilang transverseness, ay nagbabago sa pagmuni-muni, repraksyon, at pagkakalat ng liwanag sa transparent na media.

Ang transverseness ng mga light wave ay isa sa mga kahihinatnan ng electromagnetic theory ni J.K. Maxwell at ipinahayag sa katotohanan na ang mga vectors ng lakas ng electric field ay nag-o-oscillating sa mga alon. E at magnetic field induction AT patayo sa isa't isa at sa direksyon ng pagpapalaganap ng mga alon na ito. Upang ilarawan ang isang electromagnetic wave, sapat na malaman kung paano nagbabago ang isa sa dalawang vector na ito, halimbawa, E, na tinatawag na liwanag na vector. Banayad na polariseysyon pangalanan ang oryentasyon at katangian ng mga pagbabago sa light vector sa isang plane na patayo sa light beam. Ang ilaw kung saan ang mga direksyon ng oscillation ng light vector ay sa paanuman ay nakaayos ay tinatawag polarized.

Kung, sa panahon ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave, ang light vector ay nagpapanatili ng oryentasyon nito, kung gayon ang naturang alon ay tinatawag linearly polarized o polarized ang eroplano, at ang eroplano kung saan umi-oscillate ang light vector - eroplanong panginginig ng boses. Ang isang electromagnetic wave na ibinubuga ng anumang atom (o molekula) sa isang pagkilos ng radiation ay palaging linearly polarized. Ang pinagmulan ng linearly polarized na ilaw ay din mga laser.

Kung ang eroplano ng oscillation ng isang electromagnetic wave ay patuloy at random na nagbabago, kung gayon ang ilaw ay tinatawag hindi polarized. Ang natural na ilaw (mga araw, lampara, kandila, atbp.) ay ang kabuuan ng mga radiation ng isang malaking bilang ng mga indibidwal na atom, na ang bawat isa sa isang tiyak na sandali ay nagpapalabas ng mga linearly polarized na light wave. Gayunpaman, dahil ang mga eroplano ng mga oscillations ng mga light wave na ito ay random na nagbabago at hindi coordinated sa isa't isa, ang kabuuang liwanag ay lumalabas na unpolarized. Samakatuwid, ang unpolarized na ilaw ay madalas na tinatawag natural.

Kung ang amplitude ng light vector sa isang direksyon ay mas malaki kaysa sa iba, kung gayon ang naturang liwanag ay tinatawag bahagyang polarized. Ang natural na liwanag, kapag nasasalamin mula sa mga non-metallic na ibabaw (tubig, salamin, atbp.), ay nagiging bahagyang polarized upang ang amplitude ng light vector sa isang direksyon na kahanay sa sumasalamin na eroplano ay nagiging mas malaki. Ang repraksyon ng natural na liwanag sa hangganan ng dalawang media ay nagiging bahagyang polarized, ngunit sa mga kasong ito, bilang panuntunan, ang amplitude ng light vector sa direksyon na kahanay sa sumasalamin na eroplano ay nagiging mas maliit.

Ang natural na liwanag ay maaaring ma-convert sa linearly polarized gamit mga polarizer- mga device na nagpapadala ng mga alon na may light vector ng isang tiyak na direksyon lamang. Ang mga kristal na tourmaline ay kadalasang ginagamit bilang mga polarizer, na malakas na sumisipsip ng mga sinag na may isang light vector na patayo sa optical axis ng kristal. Samakatuwid, ang natural na liwanag na dumadaan sa isang tourmaline plate ay nagiging linearly polarized na may electric vector oriented parallel sa tourmaline optical axis.

DEPINISYON

panghihimasok tinatawag na pagbabago sa average na density ng flux ng enerhiya, na sanhi ng superposisyon ng mga alon.

O medyo naiiba: Ang interference ay ang kabuuan ng mga alon sa kalawakan, at sa kasong ito, isang amplitude distribution ng kabuuang oscillations na hindi nagbabago sa oras ay lumitaw.

Ang interference ng mga light wave ay tinatawag na pagdaragdag ng mga wave, kung saan makikita ng isang tao ang isang time-stable na pattern ng amplification o pagpapahina ng kabuuang vibrations ng liwanag sa iba't ibang spatial point. Ang terminong interference ay ipinakilala sa agham ni T. Jung.

Mga Kondisyon ng Panghihimasok

Upang mabuo ang isang matatag na pattern ng interference kapag ang mga alon ay nakapatong, kinakailangan na ang mga pinagmumulan ng alon ay may parehong dalas at isang pare-parehong pagkakaiba sa bahagi. Ang ganitong mga mapagkukunan ay tinatawag na magkakaugnay (pare-pareho). Ang magkakaugnay na alon ay tinatawag na mga alon na nilikha ng magkakaugnay na pinagmumulan.

Kaya, kapag ang magkakaugnay na mga alon ay nakapatong, ang isang matatag na pattern ng interference ay lumitaw.

Sa optika, upang lumikha ng isang pattern ng interference, ang magkakaugnay na mga alon ay tumatanggap ng:

1. paghahati ng wave amplitude;
2. dibisyon ng harap ng alon.

Maliit na kondisyon ng interference

Ang amplitude ng oscillation ng mga nakakasagabal na alon sa puntong isinasaalang-alang ay magiging minimal kung ang path difference () ng mga wave sa puntong ito ay naglalaman ng kakaibang bilang ng kalahating wave na haba ():

Ipagpalagay natin na umaangkop ito sa segment, pagkatapos ay lumalabas na ang isang wave ay nahuhuli sa isa pa ng kalahating yugto. Ang pagkakaiba sa bahagi ng mga alon na ito ay lumalabas na pantay, na nangangahulugan na ang mga oscillations ay nangyayari sa antiphase. Kapag nagdaragdag ng mga naturang oscillations, ang amplitude ng kabuuang wave ay magiging katumbas ng zero.

Panghihimasok maxima kondisyon

Ang amplitude ng mga oscillations ng mga nakakasagabal na alon sa puntong isinasaalang-alang ay magiging maximum kung ang path difference () ng mga wave sa puntong ito ay naglalaman ng integer na bilang ng mga wavelength ():

Kahulugan ng diffraction

DEPINISYON

Ang paglihis ng mga alon mula sa pagpapalaganap sa isang tuwid na linya, ang pag-ikot ng mga hadlang sa pamamagitan ng isang alon, ay tinatawag na diffraction.

Ang salitang diffraction mula sa wikang Latin ay nangangahulugang sira.

Ang phenomenon ng diffraction ay ipinaliwanag gamit ang Huygens na prinsipyo. Ang mga pangalawang alon, na ibinubuga ng mga seksyon ng sangkap (medium), ay lumampas sa mga gilid ng balakid na nasa landas ng alon. Ayon sa teorya ni Fresnel, ang ibabaw ng alon sa anumang arbitrary na sandali ng oras ay hindi lamang ang sobre ng mga pangalawang alon, ngunit ang resulta ng kanilang interference.

Mga kondisyon kung saan nangyayari ang diffraction

Ang diffraction ay lalo na binibigkas kapag ang laki ng balakid ay mas mababa o maihahambing sa haba ng daluyong.

Ang mga alon ng anumang kalikasan ay maaaring magkaiba, pati na rin makagambala.

Intensity minimal na kondisyon

Kapag ang isang liwanag na alon ay na-diffracte ng isang hiwa sa normal na saklaw ng mga sinag, ang pinakamababang kondisyon ng intensity ay isinusulat bilang:

kung saan ang a ay ang lapad ng puwang; - anggulo ng diffraction; k - pinakamababang numero; - haba ng daluyong.

Intensity maxima na kondisyon

Kapag ang isang light wave ay na-diffracte ng isang hiwa sa normal na saklaw ng mga sinag, ang maximum na intensity na kondisyon ay nakasulat bilang:

saan ang tinatayang halaga ng anggulo ng diffraction.

Ang kondisyon ng pangunahing intensity maxima sa panahon ng diffraction sa isang diffraction grating

Ang kondisyon ng pangunahing intensity maxima ng diffraction ng liwanag sa isang diffraction grating sa normal na saklaw ng mga sinag ay nakasulat:

kung saan ang d ay ang lattice period (constant); k ay ang bilang ng pangunahing maximum; ay ang anggulo sa pagitan ng normal sa grating plane at ang direksyon ng diffracted waves.

Halaga ng diffraction

Hindi ginagawang posible ng diffraction na makakuha ng malinaw na mga larawan ng maliliit na bagay, dahil hindi laging posible na ipalagay na ang liwanag ay mahigpit na kumakalat sa isang tuwid na linya. Bilang resulta, maaaring malabo ang mga imahe, at hindi nakakatulong ang pag-magnify na makita ang mga detalye ng isang bagay kung ang laki nito ay maihahambing sa wavelength ng liwanag. Ang phenomenon ng diffraction ay nagpapataw ng mga limitasyon sa applicability ng mga batas ng geometric optics at tinutukoy ang limitasyon ng resolution ng optical instruments.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

Mag-ehersisyo

Bakit imposibleng obserbahan ang phenomenon ng interference sa tulong ng dalawang electric bulbs?

Desisyon

Kung binuksan mo ang isang electric lamp, pagkatapos ay magdagdag ng isa pa dito, kung gayon ang pag-iilaw ay tataas, ngunit walang mga kahalili ng madilim at magaan na mga guhitan (minimum at maximum na pag-iilaw). Ito ay dahil ang mga liwanag na alon na ibinubuga ng mga lamp ay hindi magkakaugnay (hindi pare-pareho). Upang makakuha ng time-stable na interference pattern, ang mga light wave ay dapat magkaroon ng parehong mga frequency (wavelength) at isang phase difference na pare-pareho sa oras. Ang mga atom ng ilaw na pinagmumulan, tulad ng mga lamp, ay naglalabas ng mga alon nang hiwalay sa isa't isa sa magkahiwalay na mga tren. Ang mga tren ng iba't ibang mga mapagkukunan ay nakapatong sa bawat isa. Ang amplitude ng oscillation sa isang di-makatwirang punto sa espasyo ay nagbabago ng magulong oras, depende sa pagkakaiba ng bahagi ng mga alon na tren. Ang isang matatag na distribusyon ng mga mataas at mababa ay hindi makikita.

HALIMBAWA 2

Mag-ehersisyo	Ang isang monochromatic beam ng liwanag na may wavelength m ay nahuhulog sa isang diffraction grating patayo sa ibabaw nito. Ang bilang ng mga linya sa bawat millimeter ng grating ay 500. Ano ang pinakamataas na pagkakasunod-sunod ng spectrum?
Desisyon	Gumawa tayo ng drawing.

Panghihimasok ay ang kabuuan ng mga vibrations. Bilang resulta ng pagkagambala, sa ilang mga punto sa espasyo, ang amplitude ng mga oscillations ay tumataas, habang sa iba, bumababa ang mga ito. Ang isang hindi nagbabagong pattern ng interference ay sinusunod lamang kapag ang pagkakaiba sa pagitan ng summed oscillations ay pare-pareho (sila magkakaugnay ). Malinaw, ang mga oscillation ng parehong dalas ay maaaring magkakaugnay. Samakatuwid, madalas na pinag-aaralan ang interference monochromatic pagbabagu-bago.

Diffraction- tawagan ang mga phenomena na nauugnay sa pag-aari ng mga alon upang yumuko sa mga hadlang, iyon ay, lumihis mula sa rectilinear propagation.

Ipinapakita ng figure sa kanan kung paano nagbabago ang direksyon ng sound wave pagkatapos dumaan sa isang butas sa dingding. Ayon sa prinsipyo ng Huygens, ang mga rehiyon 1-5 ay nagiging pangalawang pinagmumulan ng mga spherical sound wave. Makikita na ang pangalawang pinagmumulan sa mga rehiyon 1 at 5 ay nagiging sanhi ng mga alon sa paligid ng mga hadlang.

Tanong 30.1

nakatayong alon. Standing wave equation.

Kung ang ilang mga alon ay nagpapalaganap sa daluyan, kung gayon ang mga oscillation ng mga particle ng medium ay magiging geometric na kabuuan ng mga oscillations na gagawin ng mga particle sa panahon ng pagpapalaganap ng bawat isa sa mga alon nang hiwalay. Nagsasapawan ang mga alon Isa't isa,nang hindi nakakagambala(nang hindi binabaluktot ang bawat isa). Iyon na iyon prinsipyo ng superposisyon ng mga alon.

Kung ang dalawang alon na dumarating sa anumang punto sa kalawakan ay may pare-parehong pagkakaiba sa bahagi, ang mga naturang alon ay tinatawag magkakaugnay. Kapag idinagdag ang magkakaugnay na alon, hindi pangkaraniwang bagay.

Ang isang napakahalagang kaso ng interference ay sinusunod kapag ang dalawang counterpropagating plane wave na may parehong amplitude ay nakapatong. Ang nagresultang proseso ng oscillatory ay tinatawag nakatayong alon . Ang halos nakatayong mga alon ay lumilitaw kapag naaninag mula sa mga hadlang.

Isulat natin ang mga equation ng dalawang plane wave na nagpapalaganap sa magkasalungat na direksyon (initial phase):

Ang expression para sa phase ay hindi kasama ang coordinate, kaya maaari mong isulat:

Ang mga punto ng daluyan na matatagpuan sa mga node ay hindi umiikot.

Ang pagbuo ng mga nakatayong alon ay sinusunod kapag ang naglalakbay at nasasalamin na mga alon ay nakikialam. Sa hangganan kung saan sinasalamin ang alon, ang isang antinode ay nakuha kung ang daluyan kung saan nangyayari ang pagmuni-muni ay hindi gaanong siksik (Larawan 5.5, a), at ang buhol - kung mas siksik (Larawan 5.5, b).

Kung ating isasaalang-alang naglalakbay na alon , pagkatapos ay sa direksyon ng pagpapalaganap nito inililipat ang enerhiya oscillatory na paggalaw. Kailan pareho walang nakatayong alon ng paglipat ng enerhiya , dahil Ang insidente at ang mga sinasalamin na alon ng parehong amplitude ay nagdadala ng parehong enerhiya sa magkasalungat na direksyon.

Tanong 32

Mga sound wave.

tunog(o acoustic) mga alon ay tinatawag na elastic waves na nagpapalaganap sa isang medium na may mga frequency sa hanay na 16-20000 Hz. Ang mga alon ng mga frequency na ito, na kumikilos sa aparato ng pandinig ng tao, ay nagdudulot ng pandamdam ng tunog. Mga alon na may n< 16 Гц (infrasonic) at n> 20 kHz ( ultrasonic) ay hindi nakikita ng mga organo ng pandinig ng tao.

Ang mga sound wave sa mga gas at likido ay maaari lamang maging longitudinal, dahil ang mga media na ito ay nababanat lamang tungkol sa mga compressive (tensile) deformation. Sa solids, ang mga sound wave ay maaaring parehong longitudinal at transverse, dahil ang mga solid ay elastic na may kinalaman sa compression (tensile) at shear deformations.

intensity ng tunog(o lakas ng tunog) ay ang halaga na tinutukoy ng time-average na enerhiya na inililipat ng sound wave bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng unit area na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon:

Yunit ng intensity ng tunog sa SI - watt bawat metro kuwadrado(W / m 2).

Ang sensitivity ng tainga ng tao ay iba para sa iba't ibang frequency. Upang maging sanhi ng isang tunog na pandamdam, ang alon ay dapat magkaroon ng isang tiyak na minimum na intensity, ngunit kung ang intensity na ito ay lumampas sa isang tiyak na limitasyon, kung gayon ang tunog ay hindi naririnig at nagdudulot lamang ng sakit. Kaya, para sa bawat dalas ng oscillation, mayroong pinakamaliit (threshold ng pandinig) at ang pinakadakila (Sakit na kayang tiisin) ang intensity ng tunog na may kakayahang gumawa ng sound perception. Sa fig. 223 ay nagpapakita ng pag-asa ng mga threshold ng pandinig at sakit sa dalas ng tunog. Ang lugar sa pagitan ng dalawang kurba na ito ay lugar ng pandinig.

Kung ang intensity ng tunog ay isang dami na may layunin na nagpapakilala sa proseso ng alon, kung gayon ang subjective na katangian ng tunog na nauugnay sa intensity nito ay Lakas ng tunog, na depende sa dalas. Ayon sa physiological law ng Weber - Fechner, sa pagtaas ng intensity ng tunog, tumataas ang volume ayon sa logarithmic law. Sa batayan na ito, ang isang layunin na pagtatasa ng lakas ng tunog ay ipinakilala ayon sa sinusukat na halaga ng intensity nito:

saan ako 0 - intensity ng tunog sa threshold ng pandinig, kinuha para sa lahat ng tunog na katumbas ng 10 -12 W / m 2. Halaga L tinawag antas ng intensity ng tunog at ipinahayag sa bels (bilang parangal sa imbentor ni Bell ng telepono). Karaniwang gumagamit ng mga yunit na 10 beses na mas maliit, - decibels(dB).

Ang pisyolohikal na katangian ng tunog ay antas ng lakas ng tunog, na ipinahayag sa mga background(background). Ang lakas para sa isang tunog sa 1000 Hz (ang dalas ng isang karaniwang purong tono) ay 1 phon kung ang antas ng intensity nito ay 1 dB. Halimbawa, ang ingay sa isang subway na kotse sa mataas na bilis ay tumutugma sa »90 fon, at isang bulong sa layo na 1 m - »20 fon.

Ang tunay na tunog ay isang overlay ng mga harmonic oscillations na may malaking hanay ng mga frequency, ibig sabihin, ang tunog ay may acoustic spectrum, na maaaring tuloy-tuloy(sa isang tiyak na pagitan mayroong mga oscillations ng lahat ng mga frequency) at pinasiyahan(may mga pagbabagu-bago ng ilang mga frequency na hiwalay sa isa't isa).

Ang tunog ay nailalarawan bilang karagdagan sa lakas ng taas at timbre. Pitch- kalidad ng tunog, na tinutukoy ng isang tao sa pamamagitan ng tainga at depende sa dalas ng tunog. Habang tumataas ang dalas, tumataas ang pitch ng tunog, ibig sabihin, ang tunog ay nagiging "mas mataas". Tinutukoy ng likas na katangian ng acoustic spectrum at ang pamamahagi ng enerhiya sa pagitan ng ilang partikular na frequency ang pagka-orihinal ng sensasyon ng tunog, na tinatawag na timbre ng tunog. Kaya, ang iba't ibang mga mang-aawit na tumatama sa parehong nota ay may ibang acoustic spectrum, iyon ay, ang kanilang mga boses ay may ibang timbre.

Ang anumang katawan na nag-o-oscillating sa isang elastic na medium na may dalas ng tunog ay maaaring isang mapagkukunan ng tunog (halimbawa, sa mga instrumentong may kuwerdas, ang pinagmumulan ng tunog ay isang string na konektado sa katawan ng instrumento).

Ang paggawa ng mga oscillations, ang katawan ay nagiging sanhi ng mga oscillations ng mga particle ng medium na katabi nito na may parehong dalas. Ang estado ng oscillatory motion ay sunud-sunod na inililipat sa mga particle ng medium na mas at mas malayo sa katawan, ibig sabihin, ang isang alon ay kumakalat sa medium na may dalas ng oscillation na katumbas ng dalas ng pinagmulan nito, at may isang tiyak na bilis depende sa density. at nababanat na katangian ng daluyan. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga sound wave sa mga gas ay kinakalkula ng formula

saan R- pare-pareho ang molar gas, M - molar mass, g \u003d C p / C V - ang ratio ng mga kapasidad ng init ng molar ng isang gas sa pare-pareho ang presyon at dami, T - thermodynamic na temperatura. Mula sa formula (158.1) sumusunod na ang bilis ng tunog sa isang gas ay hindi nakasalalay sa presyon R gas, ngunit tumataas sa temperatura. Kung mas malaki ang molar mass ng isang gas, mas mababa ang bilis ng tunog sa loob nito. Halimbawa, kapag T\u003d 273 K ang bilis ng tunog sa hangin ( M\u003d 29 × 10 -3 kg / mol) v=331 m/s, sa hydrogen ( M\u003d 2 × 10 -3 kg / mol) v=1260 m/s. Ang expression (158.1) ay tumutugma sa pang-eksperimentong data.

Kapag ang tunog ay nagpapalaganap sa kapaligiran, kinakailangang isaalang-alang ang isang bilang ng mga kadahilanan: bilis at direksyon ng hangin, kahalumigmigan ng hangin, ang molekular na istraktura ng daluyan ng gas, ang mga phenomena ng repraksyon at pagmuni-muni ng tunog sa hangganan ng dalawang media. Bilang karagdagan, ang anumang tunay na daluyan ay may lagkit, kaya ang sound attenuation ay sinusunod, ibig sabihin, isang pagbaba sa amplitude nito at, dahil dito, ang intensity ng isang sound wave habang ito ay nagpapalaganap. Ang pagpapahina ng tunog ay higit sa lahat dahil sa pagsipsip nito sa daluyan, na nauugnay sa hindi maibabalik na paglipat ng enerhiya ng tunog sa iba pang mga anyo ng enerhiya (pangunahin ang init).

Para sa mga acoustics ng silid, ito ay napakahalaga ingay ng tunog- ang proseso ng unti-unting pagpapahina ng tunog sa mga nakapaloob na espasyo pagkatapos patayin ang pinagmulan nito. Kung ang mga silid ay walang laman, ang tunog ay dahan-dahang nabubulok at ang silid ay "booms" ay nilikha. Kung ang mga tunog ay mabilis na kumukupas (kapag gumagamit ng mga materyales na sumisipsip ng tunog), kung gayon ang mga ito ay ituturing na mga muffled. Reverb time- ito ang oras kung saan ang intensity ng tunog sa silid ay pinahina ng isang milyong beses, at ang antas nito ng 60 dB. Ang silid ay may magandang acoustics kung ang oras ng reverberation ay 0.5-1.5 s.

Tanong 32.1

Pitch
Bilang karagdagan sa lakas, ang tunog ay nailalarawan sa taas. Ang pitch ng isang tunog ay tinutukoy ng dalas nito: kung mas mataas ang dalas ng mga vibrations sa isang sound wave, mas mataas ang tunog. Ang mababang dalas ng mga panginginig ng boses ay tumutugma sa mga mababang tunog, ang mataas na dalas ng mga panginginig ng boses ay tumutugma sa matataas na tunog.

Kaya, halimbawa, ang isang bumblebee ay nagpapakpak ng mga pakpak nito sa isang mas mababang dalas kaysa sa isang lamok: sa isang bumblebee ito ay 220 na stroke bawat segundo, at sa isang lamok - 500-600. Samakatuwid, ang paglipad ng bumblebee ay sinasabayan ng mababang tunog (buzz), at ang paglipad ng lamok ay sinasabayan ng mataas na tunog (squeak).

Ang sound wave ng isang partikular na frequency ay tinatawag na musical tone, kaya ang pitch ay madalas na tinutukoy bilang pitch.

Ang pangunahing tono na hinaluan ng ilang mga vibrations ng iba pang mga frequency ay bumubuo ng isang musikal na tunog. Halimbawa, ang mga tunog ng violin at piano ay maaaring magsama ng hanggang 15-20 iba't ibang vibrations. Ang timbre nito ay depende sa komposisyon ng bawat kumplikadong tunog.

Ang dalas ng libreng vibrations ng isang string ay depende sa laki at tensyon nito. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pag-uunat ng mga string ng gitara sa tulong ng mga peg at pagpindot sa mga ito sa leeg ng gitara sa iba't ibang lugar, binabago natin ang kanilang natural na dalas, at, dahil dito, ang pitch ng mga tunog na kanilang ginagawa.

Ang likas na katangian ng sound perception ay higit na nakasalalay sa layout ng silid kung saan naririnig ang pagsasalita o musika. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa mga saradong silid, nakikita ng nakikinig, bilang karagdagan sa direktang tunog, isang tuluy-tuloy na serye ng mga pag-uulit na mabilis na sumusunod sa isa't isa, na sanhi ng maraming pagmuni-muni ng tunog mula sa mga bagay sa silid, dingding, kisame at sahig.

Tanong 32.2

lakas ng tunog

lakas ng tunog(kamag-anak) ay isang hindi na ginagamit na termino na naglalarawan ng magnitude na katulad ng, ngunit hindi kapareho ng, intensity ng tunog. Humigit-kumulang sa parehong sitwasyon na naobserbahan namin para sa intensity ng liwanag (unit - candela) - isang dami na katulad ng lakas ng radiation (unit - watt per steradian).

Ang intensity ng tunog ay sinusukat sa isang relatibong sukat mula sa halaga ng threshold, na tumutugma sa intensity ng tunog na 1 pW/m² na may sinusoidal signal frequency na 1 kHz at sound pressure na 20 µPa. Ihambing ang kahulugang ito sa depinisyon ng yunit ng maliwanag na intensity: "ang isang candela ay katumbas ng intensity ng liwanag na ibinubuga sa isang partikular na direksyon ng isang monochromatic na pinagmulan, sa dalas ng paglabas na 540 THz at isang intensity ng paglabas sa direksyong ito na 1/ 683 W / sr."

Sa kasalukuyan ang termino "kapangyarihan ng tunog" napalitan ng termino "antas ng volume ng audio"