1.5 Vågfenomen

1.5 Vågfenomen
1.5.1 Vågrörelsers samverkan = interferens
Flera olika vågrörelser kan passera samtidigt genom ett material. Då vågorna träffar varandra samverkar de och bildar en så kallad summavåg, som är summan av oscillatorernas avstånd från jämviktsläget i de två vågorna. Samverkansfenomenet kallas interferens.
Om vågorna är på samma sida om jämviktsläget förstärker de varandra, och om de är på motsatt sida försvagar de varandra.
Fenomenet beskrivs med superpositionsprincipen: Summavågens amplitud är vektorsumman av de samverkande vågornas amplituder.
Matematiskt skrivs detta som (5)
x1, x2 osv. är de enskilda vågornas amplitud, och man måste beakta om de är ovanför eller under jämviktsläget.
Interferensfenomenet ger upphov till interferensmönster då vågor möts. Ett exempel är då vågor från två vågkällor möts, som i bilden nedan.
Man ser tydligt områden där vågorna är förstärkta (de turvis mörka och ljusa områdena är vågtoppar och vågdalar), och områden där vågorna släckt ut varandra (en vågtopp från den ena vågkällan har träffat en vågdal från den andra).
http://www.kettering.edu/~drussell/Demos/superposition/superposition.html
På Internet finns vågsimulatorer man kan leka med, testa exempelvis denna länk:
http://www.falstad.com/ripple/
1
1.5.2 Spridning = diffraktion:
Då plana vågfronter träffar en barriär med en liten öppning, uppstår från öppningen sfäriska (cirkelformade) vågor. Om fronten träffar en halv barriär sprids vågorna bakom barriären åt sidorna. Fenomenet kallas spridning, böjning eller diffraktion. Men varför händer det?
Svaret gavs av den holländske fysikern Christian Huygens.
Huygens princip:
Alla punkter i en vågfront kan ses som punktformade vågkällor. Vågorna som de åstadkommer interfererar med varandra och bildar en ny vågfront.
http://www.launc.tased.edu.au/online/sciences/Physics/diffrac.html
I pdf­versionen ses inte animationen ovanför. Sorry for that!
Det visar sig att diffraktionsfenomenets storlek beror på våglängden hos vågorna och storleken på objektet som påverkar vågorna, oberoende om det är en öppning eller ett hinder.
Vågor som passerar en öppning böjs mycket litet, om deras våglängd är mycket mindre än öppningen ­ ljus är vågor, men man kan inte se bakom en dörrkarm. Ljusets våglängd är mycket mindre än dörröppningens storlek. Däremot kan man höra ljud genom en öppen dörr, även om ljudkällan är intill väggen ­ ljudets våglängd är ungefär i samma storlek som dörröppningen, så vågorna böjs.
Samma sak gäller hinder; ju mindre ett föremål är jämfört med den vågrörelse som passerar, desto mindre påverkas vågrörelsen. Vi ser objekt för att ljus sprids från dem. Om föremålet är mindre än våglängden för ljuset sprids inget ljus från det, och vi ser det inte.
2
1.5.3 Reflexion (spegling) Vågor kan färdas från ett medium till ett annat. I gränsytan mellan ämnena sker dock vissa fenomen:
En vågpuls som kommer till gränsytan mellan två ämnen återkastas ­ på olika sätt beroende på förhållandet mellan de två ämnena. Om vågrörelsen rör sig långsammare i det nya ämnet, säger vi att det nya ämnet är tätare. En del av vågen kommer att återkastas tillbaka, med en fasförskjutning av en halv våglängd. Topp omvandlas alltså till dal i den återkastade vågen. Om det nya ämnet är mycket fast, kan vågen återkastas helt och hållet! Om vågen rör sig snabbare i det nya ämnet säger vi att det är tunnare. Vi får då en återkastad våg som inte ändrar fas. Bilderna till höger visar två vågpulser. Den övre vågpulsen träffar en fast punkt ­ det motsvarar en övergång till ett tätare ämne. Pulsen kastas om. Den undre pulsen kan röra sig fritt. Detta motsvarar ett tunnare ämne, och vi får ingen fasförskjutning.
Denna länk leder till en mycket bra simulering av reflexionsfenomenet:
http://www.surendranath.org/Applets/Waves/TwaveRefTran/TwaveRefTranApplet.html
Reflexionslagen:
En vågrörelse som kommer snett mot en gränsyta har en viss vinkel mot gränsytans normal*. Denna vinkel kallas infallsvinkel. Då vågrörelsen reflekteras tillbaka kommer den att ha en utgångsvinkel som är lika stor som infallsvinkeln.
I figuren är α infallsvinkeln och β utgångsvinkeln. De är lika stora.
* normalen till en yta är en linje som är vinkelrät mot ytan. Viktigt begrepp!
Läs s. 23­30 (fram till Brytning),
Lös uppgifter 1­30, 1­32, 1­33
3