מאמר זה מתייחס לתופעה כזו של פיזיקה כהפרעה: מה זה, מתי היא עולה ואיך היא מיושמת. כמו כן תואר בפירוט על המושג הקשור לפיזיקת הגלים - דיפרקציה.
סוגי גלים
כאשר מופיעה מילה בספר או בשיחה"גל", אם כן, ככלל, הים מופיע מייד: המרחב הכחול, המרחק העצום, בזה אחר זה המפרצות המלוחות רצות אל החוף. תושב הערבות ידמיין נוף שונה: מרחב העשב העצום, הוא מתנדנד ברוח עדינה. מישהו אחר יזכור את הגלים, מסתכל על קפלי וילון כבד או רפרוף דגל ביום שטוף שמש. מתמטיקאי יחשוב על סינוסואיד, חובב רדיו יחשוב על תנודות אלקטרומגנטיות. לכולם אופי שונה והם שייכים למינים שונים. אבל דבר אחד אין עוררין: גל הוא מצב של סטייה משיווי משקל, הפיכת חוק "חלקה" כלשהו לחוק מתנדני. מבחינתם תופעת ההפרעה היא חלה. מה זה ואיך הוא מתעכב, נשקול מעט אחר כך. ראשית, בואו נגלה מה הגלים. אנו מפרטים את הסוגים הבאים:
- מכני;
- כימיקלים
- אלקטרומגנטית;
- כוח משיכה;
- סיבוב;
- הסתברותי.
מבחינת הפיזיקה גלים נושאים אנרגיה.אבל זה קורה שהמסה נעה. בתשובה לשאלה מהי הפרעה בפיזיקה, יש לציין שהיא מאפיינת גלים מכל סוג שהוא לחלוטין.
סימנים של הפרש גלים
באופן מוזר, אבל אין הגדרה יחידה לגל. המינים שלהם כל כך מגוונים שיש יותר מתריסר סוגים של סיווג. מהם הסימנים להבחנת גלים?
- בשיטת ההפצה בסביבה (ריצה או עמידה).
- מטבע הגל עצמו (הרטט והסוליטונים שונים זה מזה בדיוק לפי תכונה זו).
- לפי סוג החלוקה במדיום (אורכי, רוחבי).
- לפי דרגת לינאריות (לינארית או לא לינארית).
- לפי תכונות המדיום בו הם מופצים (בדידים, רציפים).
- בצורה (שטוחה, כדורית, ספירלית).
- על פי המאפיינים של אמצעי ההפצה הגופני (מכני, אלקטרומגנטי, כוח משיכה).
- בכיוון התנודה של חלקיקי המדיום (גלי דחיסה או גזירה).
- בזמן הנדרש לרגש את המדיום (מנות גל בודדות, מונוכרומטיות).
ולכל סוג של הפרעות סביבתיות אלההפרעה. מה שמיוחד כלול בתפיסה זו ומדוע בדיוק התופעה הזו הופכת את עולמנו כמו שהוא, נספר לכם לאחר הצגת המאפיינים של הגל.
מאפייני גל
ללא קשר לסוג הגלים וסוגם, לכולם מאפיינים משותפים. להלן הרשימה:
- מסרק הוא סוג של מקסימום. עבור גלי דחיסה זה המקום עם הצפיפות הגבוהה ביותר של המדיום. מייצג את הסטייה החיובית הגדולה ביותר של התנודה ממצב שיווי המשקל.
- לוז'בינה (במקרים מסוימים, עמק) היא מושג הפוך לפסגה. סטייה שלילית מינימלית, גדולה ביותר משיווי המשקל.
- המחזוריות הזמנית, או התדר, הם הזמן בו הגל עובר ממקסימום אחד למשנהו.
- מחזוריות מרחבית, או אורך הגל, היא המרחק בין הפסגות הסמוכות.
- משרעת היא גובה הפסגות. הגדרה זו היא שתידרש כדי להבין מהי הפרעות גל.
בחנו בפירוט את הגל, את זהמאפיינים וסיווגים שונים, מכיוון שלא ניתן להסביר את המושג "הפרעה" ללא הבנה ברורה של דבר כזה כמו הפרעה סביבתית. אנו מזכירים לכם כי הפרעה הגיונית רק עבור גלים.
אינטראקציה גלית
עכשיו אנו מתקרבים למושג של"הפרעה": מה זה מתי שהיא מתעוררת וכיצד לקבוע אותה. כל הסוגים, הסוגים והתכונות של הגלים שלעיל היו שייכים למקרה אידיאלי. אלה היו תיאורים של "הסוס הכדורי בוואקום", כלומר כמה קונסטרוקציות תיאורטיות בלתי אפשריות בעולם האמיתי. אך בפועל, כל החלל מסביב מכוסה גלים שונים. אור, צליל, חום, רדיו, תהליכים כימיים הם תנודות תקופתיות של המדיום. וכל הגלים האלו אינטראקציה. יש לציין תכונה אחת: על מנת שהם ישפיעו זה על זה, עליהם להיות בעלי מאפיינים דומים.
גלי הקול אינם יכולים בשום דרךלהפריע לאור, וגלי רדיו אינם מתקשרים עם הרוח. כמובן שההשפעה עדיין קיימת, אך היא כה קטנה עד שפעולתה פשוט לא נלקחת בחשבון. במילים אחרות, כאשר מסבירים מהי הפרעות האור, ההנחה היא שפוטון אחד משפיע על אחר כאשר הוא נפגש. אז, פרטים נוספים.
הַפרָעָה
עבור סוגים רבים של גלים, העיקרון חלסופרפוזיציה: נפגשים בנקודה אחת בחלל, הם מתקשרים. חילופי האנרגיה מוצגים על שינוי המשרעת. חוק האינטראקציה הוא כדלקמן: אם שתי מקסימום נפגשות בנקודה אחת, אז בגל הסופי עוצמת המקסימום מכפילה; אם נתקלים במקסימום ובמינימום, המשרעת המתקבלת נעלמת. זו תשובה ברורה לשאלה מהי הפרעת האור והצליל. בעיקרו של דבר, זו תופעת חפיפה.
הפרעה של גלים בעלי מאפיינים שונים
האירוע שתואר לעיל מייצג מפגש של שנייםגלים זהים במרחב ליניארי. עם זאת, שני גלים מנוגדים יכולים להיות בעלי תדרים, משרעות ואורכים שונים. כיצד להציג את התמונה הסופית במקרה זה? התשובה נעוצה בעובדה שהתוצאה לא תיראה בדיוק כמו גל. כלומר, סדר ההחלפה הקפדני של שיאים ונמוכים יופר: ברגע מסוים המשרעת תהיה מקסימאלית, הבאה - כבר פחותה, ואז המקסימום והמינימום ייפגשו והתוצאה תהפוך לאפס. עם זאת, לא משנה כמה ההבדלים חזקים בין שני הגלים, המשרעת עדיין תחזור על עצמה במוקדם או במאוחר. במתמטיקה נהוג לדבר על אינסוף, אך במציאות, כוחות החיכוך והאינרציה יכולים לעצור את עצם קיומו של הגל שנוצר לפני שתבנית הפסגות, העמקים והמישורים תחזור על עצמה.
הפרעה של גלים שנפגשים בזווית
אבל, בנוסף למאפיינים שלהם, אמיתייםמיקום הגלים בחלל עשוי להיות שונה. לדוגמא, כאשר בוחנים מהי הפרעה קולית, יש לקחת זאת בחשבון. תאר לעצמך: ילד הולך ומשרוקית. הוא שולח גל קול לפניו. וילד אחר על אופניים חולף על פניו ומצלצל בפעמון להולך הרגל הצידה. בנקודת המפגש של שני גלי הקול הללו הם מצטלבים בזווית מסוימת. כיצד לחשב את המשרעת והצורה של הרטט הסופי של האוויר, שיעוף, למשל, לסוחר הקרוב ביותר בזרעי סבתא מאשה? כאן נכנס לתמונה הרכיב הווקטורי של גל הקול. ובמקרה זה יש צורך להוסיף או לחסר לא רק את גודל המשרעת, אלא גם את וקטורי התפשטות התנודות הללו. אנו מקווים שסבתא מאשה לא תצעק יותר מדי על הילדים הרועשים.
הפרעה של אור עם קיטוב שונה
זה קורה שבשלב מסוים הם נפגשיםפוטונים של קיטוב שונה. במקרה זה, יש לקחת בחשבון גם את הרכיב הווקטורי של תנודות אלקטרומגנטיות. אם הם לא בניצב זה לזה או שאחת מקורות האור כוללת קיטוב מעגלי או אליפטי, אזי אינטראקציה אפשרית בהחלט. כמה שיטות לקביעת טוהר האופטי של גבישים מבוססות על עיקרון זה: לא אמורה להיות אינטראקציה בקורות מקוטבות בניצב. אם התמונה מעוותת, הגביש אינו מושלם, הוא משנה את קיטוב הקורות, מה שאומר שהוא גדל באופן שגוי.
הפרעה ועקיפה
האינטראקציה בין שתי אלומות אור מובילה להןהפרעה, כתוצאה, הצופה רואה סדרה של להקות או טבעות כהות (מינימה). אך האינטראקציה של אור וחומר מלווה בתופעה אחרת - עקיפה. זה מבוסס על העובדה שאור באורכי גל שונים נשבר בצורה שונה על ידי המדיום. לדוגמא, אם אורך הגל הוא 300 ננומטר, אז זווית הטיה היא 10 מעלות, ואם 500 ננומטר - כבר 12. לכן, כאשר האור מקרן השמש נופל על מנסרת קוורץ, האדום נשבר בצורה שונה מסגול (אורכי הגל שלהם שונים ) והמתבונן רואה קשת. זו התשובה לשאלה מהי הפרעה והפרעה של האור וכיצד הם נבדלים. אם תכוון קרינה מונוכרומטית מלייזר לאותה פריזמה, לא תהיה קשת, מכיוון שאין פוטונים באורכי גל שונים. הקורה פשוט תסטה מכיוון ההפצה המקורי בזווית כלשהי, וזהו.
יישום מעשי של תופעת ההפרעות
ישנן הזדמנויות רבות להשתמש בפועל בתופעה תיאורטית גרידא זו. רק העיקריות יופיעו כאן:
- חקר איכות הגבישים. דיברנו על זה קצת יותר גבוה.
- זיהוי שגיאות בעדשות. לעתים קרובות הם צריכים להיות קרקעיים לצורה כדורית מושלמת. נוכחותם של פגמים כלשהם מתגלה בדיוק בעזרת תופעת ההפרעות.
- קביעת עובי הסרטים.בחלק מסוגי ההפקה עובי הסרט הקבוע אומר הרבה, למשל פלסטיק. דווקא תופעת ההפרעות יחד עם עקיפה מאפשרת לקבוע את איכותה.
- הארת אופטיקה.משקפיים, עדשות מצלמות ומיקרוסקופים מכוסים בסרט דק. לפיכך, גלים אלקטרומגנטיים באורך מסוים פשוט משתקפים ומונחים על עצמם ומפחיתים הפרעות. לרוב, הארה נעשית בחלק הירוק של הספקטרום האופטי, מכיוון שזהו העין האנושית הטובה ביותר.
- חקר חלל. בידיעת חוקי ההפרעה, האסטרונומים מסוגלים להפריד בין הספקטרום של שני כוכבים הנמצאים במיקום קרוב ולקבוע את קומפוזיציותיהם ואת מרחקם לכדור הארץ.
- מחקר תיאורטי.פעם, בעזרת תופעת ההפרעות ניתן היה להוכיח את אופי הגלים של חלקיקים אלמנטריים, כמו אלקטרונים ופרוטונים. זה אישר את ההשערה בדואליות של חלקיקי הגל בעולם המיקרו והניח את הבסיס לעידן הקוונטי.
אנו מקווים שעם מאמר זה הידע שלך אודותסופרפוזיציה של גלי קוהרנטיים (הנפלטים על ידי מקורות עם הפרש פאזה קבוע ובאותו תדר) התרחבה באופן משמעותי. תופעה זו נקראת הפרעה.
