Dyfrakcja falowa i przykłady

Dyfrakcja fali Jest to odchylenie kierunku, w którym rozprzestrzeniły się fale, gdy znajdują pewną przeszkodę, która może być solidnym obiektem lub szczeliną. Wpływając na przeszkodę, fala zniekształca się i otacza. Ale aby efekt był dobrze doceniony, konieczne jest, aby wielkość przeszkody była porównywalna z wielkością długości fali.

Zjawisko dyfrakcji fali wyjaśniono zgodnie z zasadą Huygensa, odkryte przez holenderskiego fizyka Christiana Huygensa w 1678 r. Stwierdza, że ​​gdy zakłócenia osiąga medium, każdy jego punkt zachowuje się jak emiter nowych fal, o równej prędkości i częstotliwości jako oryginał.

Rysunek pokazuje dyfrakcję płaskiej czołówki fali w dwóch przypadkach: a) Otwarcie jest większe niż długość fali (po lewej), a przód fali przecina ją bez odkształcenia ledwo i B) długość fali i długość fali oraz otwór są porównywalne, przód fali fali Front jest złożony, stając się kulistym frontem. Źródło: Wikimedia Commons.

W ten sposób istnieje nieustannie nowy czołg fali, który można wizualizować, rysując kopertę każdej wydanej fali wtórnej.

Oczywiście ten czoło fali ma nieskończone punkty, ale właśnie w miejscu przeszkody występuje pojedynczy czołówka fali, która działa jak emiter, co umożliwia falę fali.

[TOC]

Przykłady dyfrakcji

Dyfrakcja jest charakterystycznym zjawiskiem wszystkich fal, w tym fal światła i akustycznych. Jeśli strumień cząstek zostanie uruchomiony na ekranie dostarczonym z otworami, strumień nie zachowuje się w taki sam sposób, jak na przykład fala, jak na przykład światło, ponieważ przepływ cząstek nie odkształciłby się przez przeszkodę lub Otwarcie złożyło się, ale kontynuowałby linię prostą.

Może ci służyć: transmitancja: co to jest, schemat energii molekularnej i ćwiczenia

Pierwszym, który doświadczył i udokumentował zjawisko dyfrakcji światła, był włoski naukowiec i kapłan Francesco María Grimaldi (1618-1663), a także, który nadał mu swoje imię.

Projektuj światło słoneczne w ciemnym pokoju

Podobnie jak Grimaldi, można zweryfikować, że światło słoneczne przechodzi do ciemnego pokoju i wyświetlanie go na ścianie przez karton dostarczany z małym otworem lub szczeliną, plama światła jest większa niż oczekiwana.

Można również zauważyć, że krawędzie nie są jasne i chociaż nie jest tak proste do obserwowania, brzegi w cieniu mają rozlany wzór paska. Ale jeśli zastosowano światło monochromatyczne, takie jak to, które pochodzi z lasera, istnieje bardziej wyraźny wzór paska.

Dyfrakcja światła nie jest tak widoczna jak dźwięk lub fale morza, ponieważ aby się zdarzyło, konieczne jest, aby przeszkoda lub otwarcie miały długość porównywalną z długością długości fali. Światło widzialne ma długości fali między 400 do 700 nanometrów (1 nanometr = 10^-9 metry).

Dlatego im bliżej rozcięcia, przez które powstaje światło, które jest wyświetlane na ścianie lub ekran, jest bardziej oczywiste, że nie ma nagłej zmiany między oświetlonym a ciemnym obszarem.

Mikroskop elektroniczny

Mikroskop elektroniczny w laboratorium histologicznym

Dyfrakcja światła jest ograniczeniem mikroskopu optycznego. Gdy obiekt jest mniejszy niż długość fali światła, nie ma sposobu, aby go zobaczyć, ponieważ dyfrakcja całkowicie zaciera obraz obiektu.

Może ci służyć: Skala mikroskopowa: właściwości, cząstki zliczania, przykłady

Właśnie dlatego naukowcy używają elektronów do oświetlania bardzo małych struktur, ponieważ długość fali wiązki elektronowej jest mniejsza niż światło. Zdarza się, że elektrony mają podwójną naturę i są w stanie zachowywać się jak fale.

Dyfrakcja fal morza

Dyfrakcja fal morza jest wyraźnie obserwowana podczas przechodzenia między skałami w niebieskiej lagunie, Walii, na południowy zachód od Wielkiej Brytanii. Źródło: Wikimedia Commons.

Dyfrakcja fal morskich jest wyraźnie widoczna wokół skał i małych wysp, szczególnie gdy odległość między tymi skałami jest bardzo podobna do długości fali.

Dyfrakcja rentgenowska

Dyfrakcja nie występuje tylko z światłem widzialnym, ale także z resztą widma elektromagnetycznego. Podczas interprezowania struktury krystalicznej przed wiązką X -Ray, dyfrakcja, którą doświadczają.

Ta dyfrakcja wynika z interakcji między promieniami x a zewnętrznymi elektronami szklanych atomów.

Komunikacja zwierząt

Wiele zwierząt komunikuje się ze sobą, emitujące dźwięki, które ze względu na ich niską częstotliwość są niesłyszalne dla ludzi. Słyszalny zakres ludzi jest bardzo szeroki, oscylujący od 20 do 20.000 Hz, ale zwierzęta takie jak słonia afrykańskim są w stanie emitować dźwięki o częstotliwościach poniżej 20 Hz.

Zjawisko pomaga im komunikować się przez rozległe afrykańskie sawanny, ponieważ im niższa częstotliwość, tym bardziej akustyczne fale są dyfrakcyjne. Kiedy znajdują one skały, drzewa i krzewy, jedna część znajduje odzwierciedlenie w przeszkodzie, a druga rozszerza przeszkodę, a natychmiast wypełnia medium.

Możesz Ci służyć: trzecie prawo Newtona: aplikacje, eksperymenty i ćwiczenia

Pomaga to członkom paczki łatwo się zlokalizować.

Ale nie tylko pachiderms korzystają z tej właściwości dźwiękowej, ale także nosorożca, żyraf i krokodyle są w stanie używać dźwięków o niskiej częstotliwości. Nawet ryk tygrysów zawiera niskie częstotliwości, które według ekspertów przyczyniają się do paraliżowania tam.

Mgła

Są mówcami, którzy służą do prowadzenia statków w obszarach, w których mgła zapobiega dobrej widoczności. Podobnie statki mają tych głośników, aby ostrzec przed ich obecnością, a tym samym uniknąć wypadków.

Głośniki mgły emitują dźwięki o niskiej częstotliwości, to znaczy surowe nuty, ponieważ jak wyjaśniono powyżej, dźwięki niskiej częstotliwości są dyfrakcyjne więcej niż wysoka częstotliwość, a także przemieszczają się na większe odległości.

Ten ostatni wynika z faktu, że tłumienie fali dźwiękowej jest niższe niż częstotliwość. Z tego powodu ostre dźwięki są tracone szybciej niż poważne, kolejny powód, dla którego słonie używają bardzo niskiej częstotliwości.

Radio AM vs. Fm

Pokrętło odtwarzacza radiowego AM i FM

Fale radiowe mogą doświadczyć dyfrakcji z powodu przeszkód, takich jak wzgórza, góry i duże budynki. Pasmo AM ma długie długości fali (180-550 metrów) w porównaniu z zwykle występującymi przeszkodami.

Dlatego dyfrakcyjne są łatwiej niż FM, których długość fali może być zaledwie kilka metrów. Nie odchylają się tak dobrze, gdy wpadają na budynki, co utrudnia przyjmowanie w niektórych obszarach.

Bibliografia

1. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. 1 i 2 tomy. MC Graw Hill.
2. Bezgraniczna fizyka. Dyfrakcja. Odzyskane z: kursów.Lumenarning.com.
3. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th. Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna nauka fizyczna. 5. Wyd. osoba.
5. Rex, a. 2011. Podstawy fizyki. osoba.
6. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Tom 1-2. osoba.
7. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1-2. 7th. Wyd. Cengage Learning.