Transcript vlnění
FYZIKA Christian Huygens (1629 -1695) BOFY Druhy vlnění: mechanické – vlny na vodě, vlajka, zvukové vlny, … elektromagnetické – světlo, radiové vlny, UV, rentgen … De Broglieho vlny – hmota má také charakter vlnění BOFY Mechanické vlnění je fyzikální děj, při němž se kmitavý rozruch šíří pružným prostředím. Příčinou mechanického vlnění v prostředí je existence vazebných sil mezi částicemi prostředí. BOFY k m i t y směr pohybu vlnění Příčné postupné mechanické vlnění je děj, při němž částice kmitají ve směru kolmém ke směru, jímž se vlnění šíří. BOFY kmity směr pohybu vlnění Podélné postupné mechanické vlnění je děj, při němž částice kmitají ve směru šíření vlnění. BOFY nejkratší vzdálenost dvou bodů kmitajících se stejnou fází vzdálenost, do níž vlnění dospěje za periodu T kmitání zdroje vlnění, v je fázová rychlost vlnění. v l vT f l BOFY Kulička kmitá na hladině, nepostupuje s vlněním. Při postupném mechanickém vlnění se nepřenáší hmota, ale pouze energie. BOFY 2π y ω T Bod ve vzdálenosti x od zdroje začne kmitat o dobu t/ později než zdroj. l vT v x x vt t v / / x y ym sin ωt yx ym sinωt t t x ym sin 2π T vT / x ym sin ω t v t x y ym sin 2π T λ BOFY y v t x y ym sin 2π T λ x y t = const a x se mění, dostáváme okamžité výchylky různých bodů v tom samém čase, „fotografie“ vlny. v x x = const a t se mění, dostáváme okamžité výchylky jednoho bodu v různých časech. BOFY Nastává v místech, jimiž současně postupuje více vlnění. Při skládaní vlnění používáme princip superpozice: Koná-li těleso současně několik harmonických pohybů stejného směru s výchylkami y1, y2 ,y3 …yn, je okamžitá výchylka výsledného kmitání yv = y1+y2+ y3 +…+ yn. BOFY d - dráhový rozdíl je vzdálenost dvou bodů, v nichž mají obě vlnění stejnou fázi. y Z1 Z2 x2 d x1 Je-li fázový rozdíl interferujících vlnění konstantní, jsou vlnění koherentní. x Fázový rozdíl interferujících vlnění 2 2 2 2 1 2 t x2 2 t x1 x1 x2 x2 x1 l l l T l T l 2 l d Fázový rozdíl je přímo úměrný dráhovému rozdílu. BOFY l d 4 2 Z2 d l d 2 2 d 0 Z1=Z2 Z2 d y l d 2k , kde k 0,1,2... 2 Je-li dráhový rozdíl interferujících vlnění rovný sudému násobku půlvln, nastane zesílení vlnění – interferenční maximum. x BOFY Výsledná amplituda při interferenci dvou stejných vlnění je největší v místech, v nichž se obě vlnění potkávají se stejnou fází. BOFY y Z2 Z2 d l d 3 2 Z1 d l d 1 2 λ d 2k 1 , kde k 0,1,2... 2 Rovná-li se dráhový rozdíl interferujících vlnění lichému násobku půlvln, nastane zeslabení vlnění – interferenční minimum. x BOFY Výsledná amplituda při interferenci dvou stejných vlnění je nejmenší v místech, v nichž mají obě vlnění opačnou fázi. BOFY Při odrazu na pevném konci se mění fáze na opačnou. Při odrazu na volném konci fáze zůstává. BOFY Vlnění postupující v bodové řadě proti sobě přímá vlna odražená vlna Vlnění mají stejné amplitudy a vlnové délky. BOFY oblast interference 1 za čas t T 4 Vlnění postoupí o čtvrt vlnové délky. BOFY 1 za čas t T 4 Vlnění se interferencí zesiluje. BOFY oblast interference 1 za čas t T 2 Vlnění postoupí o jednu polovinu vlnové délky. BOFY 1 za čas t T 2 Vlnění se interferencí zeslabuje, resp. ruší. BOFY oblast interference 3 za čas t T Vlnění postoupí o tři čtvrtiny vlnové délky. 4 BOFY 3 za čas t T 4 BOFY oblast interference za čas t T Vlnění postoupí o jednu celou vlnovou délku. BOFY za čas t T BOFY je vlnění, které vznikne interferencí dvou proti sobě postupujících vlnění. uzel kmitna Uzly - body, které při stojatém vlnění nekmitají. Kmitny - body, které kmitají s maximální amplitudou. Porovnání postupného a stojatého mechanického vlnění Postupné vlnění Stojaté vlnění Body kmitají se stejnou amplitudou výchylky. Body kmitají s různou amplitudou výchylky. Body kmitají s různou fází. Body kmitají se stejnou fází (mezi dvěma uzly). Přenáší se mechanická energie. Energie se nepřenáší, periodicky se mění potenciální energie na kinetickou a naopak. BOFY Rozkmitáme-li strunu, vznikne v ní stojaté vlnění. l - délka struny Struna je na obou koncích upevněna, v těchto místech nekmitá - jsou tam vždy uzly. Délka struny je rovna λ l k , kde k1,2,3... celočíselným násobkům poloviny 2 vlnové délky stojaté vlny. v v fz - základní frekvence kmitání f z l 2l fk - vyšší harmonické frekvence f kf , kde k1,2,3... k z BOFY Má ve všech směrech stejné fyzikální vlastnosti. Rychlost vlnění je ve všech směrech stejná. BOFY Vlnoplocha je množina bodů, do nichž se vlnění dostane z bodového zdroje za stejný čas. Vlnoplocha je množina bodů, v nichž má vlnění v jistém časovém okamžiku stejnou fázi. BOFY a 2 Z 1 a3 Paprsek je kolmice k vlnoploše v daném bodě. Určuje směr šíření vlnění. Paprsky tvoří rozbíhavý svazek vycházející ze zdroje. BOFY Z Z Otvor se jeví jako zdroj nového vlnění. Rovinná vlnoplocha – zdroj je v nekonečnu nebo aspoň hodně daleko, na překážce ale vyvolá stejný efekt. BOFY Z Každý bod vlnoplochy, do něhož se dostalo vlnění v jistém okamžiku, můžeme pokládat za zdroj elementárního vlnění, které se z něho šíří v elementárních vlnoplochách. Vlnoplocha v dalším časovém okamžiku je vnější obalová plocha všech elementárních vlnoploch. Z 1 2 Z 1 2/ 3 2 Z 1 2/ 3/ 4 3 2 Z 1 2/ 3/ 4/ 4 3 2 Z 1 2/ 3/ 4/ Z/ Z Z/ BOFY 1 Vlnění se dostalo do bodu 1. Bod 1 se stává zdrojem elementárního vlnění. BOFY 1 2 Vlnění se dostalo do bodu 2. Body 1 a 2 jsou zdroje elementárního vlnění. BOFY 1 2 3 Vlnění se dostalo do bodu 3. Body 1, 2 a 3 jsou zdroje elementárního vlnění. BOFY 1 2 3 4 Vlnění je v bodu 4. Vnější obalová plocha elementárních vlnoploch je vlnoplocha odraženého vlnění. BOFY 1 2 3 4 Kolmice k vlnoploše po odrazu vlnění na rozhraní prostředí jsou odražené paprsky. BOFY k p1 k - kolmice dopadu p1 - dopadající paprsek p2 - odražený paprsek p2 a a/ a - úhel dopadu a / - úhel odrazu a/ a Úhel odrazu vlnění se rovná úhlu dopadu. Odražený paprsek leží v rovině dopadu. BOFY 1 Vlnění se dostalo do bodu 1. Bod 1 se stává zdrojem elementárního vlnění. BOFY d 1 r v1 v2 v1 v2 Elementární vlnoplocha má menší poloměr r než je vzdálenost d, kterou urazilo vlnění v prvním prostředí, protože v druhém prostředí je rychlost vlnění menší. BOFY 1 2 v1 v2 v1 v2 Vlnění se dostalo do bodu 2. Body 1 a 2 jsou zdroje elementárního vlnění. BOFY 1 2 3 v1 v2 v1 v2 Vlnění se dostalo do bodu 3. Body 1, 2 a 3 jsou zdroje elementárního vlnění. BOFY 1 2 3 4 v1 v2 v1 v2 Vlnění se dostalo do bodu 4. BOFY 1 2 3 4 v1 v2 v1 v2 Vnější obalová plocha elementárních vlnoploch je vlnoplocha lomeného vlnění. BOFY 1 2 3 v1 v2 4 v1 v2 Kolmice k vlnoploše jsou lomené paprsky. Průchodem vlnění přes rozhraní prostředí, v nichž se vlnění šíří různými rychlostmi, nastává lom vlnění. BOFY DB sina AB D DB v1t a AC sinb AB b A B C AC v2t Z pravoúhlých trojúhelníků ABD a ABC vyplývá ... BOFY DB v1t AC v2t DB DB AB sina sina AB sinb AC AB AC AB sinb Dělením rovnic dostaneme: AB sina sin a AC AB sinb sin b DB DB v1t v1 AC v2 t v2 sina v1 sinb v2 BOFY k p1 sina v1 sinb v2 a b p2 Poměr sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu je pro dvě daná prostředí veličina stálá a rovná se poměru rychlostí v obou prostředích. BOFY k p1 p/1 a k a v1 v1 v2 v2 b b p2 Jestli v1>v2, pak α>β nastává lom ke kolmici. p/2 Jestli v1<v2, pak α < β nastává lom od kolmice. BOFY Děkuji za pozornost