ტალღების ჩარევა: კონსტრუქციული და დესტრუქციული (მაგალითები / მაგალითები)

ზოგჯერ, როდესაც ტალღა გადაადგილდება საშუალოში, ის სხვა ტალღას ხვდება, რომელიც ასევე მოძრაობს იმავე საშუალებით. რა ხდება ამ ტალღების შეჯახებისას? აღმოჩნდება, რომ ტალღები კომბინირდება შედარებით ინტუიციური, ადვილად გამოსათვლელი გზით. არა მხოლოდ ეს, არამედ არსებობს უამრავი სასარგებლო პროგრამატალღების ჩარევაროგორც ლაბორატორიაში, ასევე ყოველდღიურ ცხოვრებაში.

იმის ცოდნა, თუ რას მოუტანს ტალღები კომბინაციას მოცემულ წერტილში დროის მოცემულ მომენტში, თქვენ უბრალოდ დაამატებთ იმას, რასაც ისინი დამოუკიდებლად გააკეთებდნენ. ამას ეწოდებასუპერპოზიციის პრინციპი​.

მაგალითად, თუ ორი ტალღა ერთ გრაფიკზე უნდა დაგეგმოთ, თქვენ უბრალოდ დაამატებდით მათ ინდივიდუალურ ამპლიტუდებს თითოეულ წერტილში, რათა დადგინდეს შედეგიანი ტალღა. ზოგჯერ შედეგად ამპლიტუდას უფრო დიდი კომბინირებული სიდიდე ექნება ამ ეტაპზე, ზოგჯერ კი ტალღების მოქმედება ნაწილობრივ ან მთლიანად გააუქმებს ერთმანეთს.

წარმოიდგინეთ, გვქონდა ტალღა A, რომელიც მარჯვნივ მიემგზავრება და B ტალღა, რომელიც მარცხნივ მიემგზავრება. თუ გადავხედავთ სივრცის გარკვეულ წერტილს, სადაც ტალღას A ჰქონდა 2 ერთეული ზევით გადაადგილება, ხოლო B ტალღას 1 ერთეულის დაღმავალი გადაადგილება, შედეგად ტალღას ექნება 1 ერთეულის ზემოთ გადაადგილება: 2 - 1 = 1.

შიგნითკონსტრუქციული ჩარევა, საშუალო ზომის გადაადგილება ორივე ტალღისთვის უნდა იყოს იგივე მიმართულებით. ისინი ერთად გაერთიანდებიან და ქმნიან ერთ ტალღას უფრო დიდი ამპლიტუდით, ვიდრე ინდივიდუალურად რომელიმე ტალღა. სრულყოფილი კონსტრუქციული ჩარევისთვის, ტალღები უნდა იყოს ფაზაში - ეს ნიშნავს, რომ მათი მწვერვალები და ხეობები მშვენივრად არის განლაგებული - და აქვთ იგივე პერიოდი.

ამისთვისდესტრუქციული ჩარევა, ერთი ტალღისთვის საშუალო ზომის გადაადგილება სხვა ტალღის საპირისპირო მიმართულებით ხდება. შედეგიანი ტალღის ამპლიტუდა ნაკლები იქნება, ვიდრე ტალღა უფრო დიდი ამპლიტუდით.

სრულყოფილი დესტრუქციული ჩარევისთვის, სადაც ტალღები ერთმანეთს აუქმებენ ნულოვანი ამპლიტუდის შესაქმნელად, ტალღები უნდა იყოს ზუსტად ფაზაში არ არის - რაც ნიშნავს ერთი მწვერვალის მწვერვალს, რომელიც იდეალურად სწევს მეორეს ხეობას - და აქვთ იგივე პერიოდიდადიაპაზონი. (თუ ამპლიტუდები არ არის იგივე, ტალღები არ გაუქმდება ზუსტად ნულამდე).

გაითვალისწინეთ, რომ დესტრუქციული ჩარევა არ აჩერებს ტალღას; ის უბრალოდ ამპლიტუდას ამ კონკრეტულ ადგილზე ნულამდე მიჰყავს. ჩარევა ხდება, როდესაც ტალღები ერთმანეთში გაივლიან - მას შემდეგ რაც ტალღები აღარ ურთიერთქმედებენ, ისინი უბრუნდებიან თავდაპირველ ამპლიტუდებს.

ტალღებს შეუძლიათ ასახონ ზედაპირები და ფიქსირებული წერტილები, სადაც არ უნდა იქნეს გადაადგილებული საშუალება, შეცვალოს სხვა გარემოში.

თუ სტრიქონი ერთ მხარეს არის დაფიქსირებული, ნებისმიერი ტალღა, რომელიც მოძრაობს სტრიქონის გასწვრივ, რომელიც მოხვდება ამ ფიქსირებულ წერტილზე, აისახება მისგან "თავდაყირა", ან როგორც ორიგინალური ტალღის საპირისპირო ვერსია. თუ სიმები თავისუფალია ერთ მხარეს, ნებისმიერი ტალღა, რომელიც მიემართება სტრიქონის გასწვრივ, რომელიც ბოლოს მოხვდება, აისახება მისგან მარჯვნივ და ზემოთ. თუ სტრიქონი მიბმულია სხვა სიმკვრივის სხვა სტრიქონზე, როდესაც ტალღა მოხვდება ამ შეერთებაზე, მისი ნაწილი აისახება (თითქოს სტრიქონის ბოლო ფიქსირდება) და ნაწილი გაგრძელდება.

როდესაც ტალღა წყალში ან ჰაერში მოხვდება ზედაპირზე, ის აისახება ამ ზედაპირზე იმავე კუთხით, რომელზეც დაარტყა. ამას ინციდენტის კუთხე ეწოდება.

არეკლილ ტალღებს ხშირად შეუძლიათ ხელი შეუშალონ საკუთარ თავს, რომლებმაც შეიძლება შექმნან სპეციალური ტიპის ტალღა, რომელსაც უწოდებენ მდგომ ტალღას.

წარმოიდგინეთ სიმებიანი ერთი ან ორივე ბოლოთი დაფიქსირებული. ამ სტრიქონზე მოძრავი ტალღა, რომელიც ფიქსირდება ბოლოს, აისახება ამ დასასრულისკენ, იმოძრავებს საპირისპირო მიმართულებით და ერევა მის შექმნილ თავდაპირველ ტალღას.

ეს ჩარევა სულაც არ არის სრულყოფილად კონსტრუქციული ან დესტრუქციული, თუ სიმების სიგრძე არ არის ტალღის ტალღის სიგრძის ნახევარი.

[ფუნდამენტური / ჰარმონიული დგომის სიხშირეების სურათი]

ეს ქმნის მდგრადი ტალღის ნიმუშს: გამავალი ორიგინალური ტალღები ერევა ასახულ ტალღებს, როდესაც ისინი მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით. საპირისპირო მიმართულებით მიმავალი ტალღები ერთმანეთში ერევა ისე, რომ მათ აღარ ჰგვანან მოძრაობას; ამის ნაცვლად, ისე ჩანს, თითქოს სტრიქონის მონაკვეთები უბრალოდ მოძრაობს ზემოთ და ქვემოთ თავის ადგილზე. ეს ხდება, მაგალითად, გიტარის სიმებში, როდესაც ისინი ამოიჭრება.

სტრიქონზე დაფიქსირებული წერტილები ეწოდებაკვანძები. შუა გზაზე კვანძების თითოეულ წყვილს შორის არის სიმებიანი წერტილი, რომელიც აღწევს მაქსიმალურ ამპლიტუდას; ამ წერტილებს ეწოდებაანტინოდები​.

ფუნდამენტური სიხშირეანპირველი ჰარმონიული, სტრიქონის ხდება მაშინ, როდესაც სიმების სიგრძე არის ტალღის ტალღის სიგრძის ნახევარი. შემდეგ მდგომი ტალღა ჰგავს ერთი ტალღის მწვერვალს, რომელიც ვიბრირებს ზემოთ და ქვემოთ; მას აქვს ერთი ანტინოდი და ერთი კვანძი სიმების თითოეულ ბოლოს.

მდგარ ტალღას სიმების სიგრძით ტოლი ტალღის ტალღის სიგრძეს ეწოდება მეორე ჰარმონიული; მას აქვს ორი ანტინოდი და სამი კვანძი, სადაც ორი კვანძი ბოლოებშია და ერთი კვანძი ცენტრშია. ჰარმონიკა ძალიან მნიშვნელოვანია, თუ როგორ ქმნიან მუსიკალური ინსტრუმენტები მუსიკას.

ხმაურის გამაუქმებელი ყურსასმენები მუშაობენ ხმოვანი ტალღების დესტრუქციული ჩარევის პრინციპზე. მიკროფონი ყურსასმენებზე აფიქსირებს თქვენს გარშემო არსებულ დაბალ ხმაურს, შემდეგ კი ყურსასმენები ყურებში გამოსცემენ ხმის ტალღებს, რომლებიც დესტრუქციულად ერევათ გარემოს ხმაურს. ეს აუქმებს ატმოსფეროს ხმაურს სრულად, რაც საშუალებას მოგცემთ ბევრად უფრო გარკვევით მოუსმინოთ თქვენს მუსიკას და პოდკასტებს ხმაურიან გარემოში.

მანქანებზე მაყუჩები ანალოგიურად მუშაობს, თუმცა უფრო მექანიკური ხასიათისაა. მაყუჩიანი პალატების ზომა ზუსტად ისეა შექმნილი, რომ ძრავის ხმაური მაყუჩში მოხვედრის შემდეგ, იგი დესტრუქციულად ერევა საკუთარ არეკლილ ხმაურს, რაც მანქანას უფრო მშვიდებს.

თქვენს მიკროტალღურ ღუმელში გამოყოფილი მიკროტალღური სინათლე ასევე იწვევს ჩარევას. თქვენს მიკროტალღურ ღუმელში არის ადგილები, სადაც ღუმელის ინტერიერში კონსტრუქციულად და დესტრუქციულად გამოყოფილი სინათლის ტალღები ერევა, ან უფრო მეტად ანთებთ თქვენს საკვებს. ამიტომ მიკროტალღური ღუმელების უმეტესობას შიგნით მბრუნავი ფირფიტა აქვს: რომ თქვენი საკვები ზოგიერთ წერტილში მთლიანად არ გაიყინოს და ზოგან არ დუღდეს. (არ არის სრულყოფილი გამოსავალი, მაგრამ უკეთესია, ვიდრე საკვები უძრავად დარჩეს!)

ტალღების ჩარევა ძალიან მნიშვნელოვანი საკითხია საკონცერტო დარბაზებისა და აუდიტორიების დიზაინის დროს. ამ ოთახებს შეიძლება ჰქონდეს "მკვდარი ლაქები", სადაც სცენიდან მიღებული ხმა, რომელიც ზედაპირზე აისახება, დესტრუქციულად ერევა აუდიტორიის გარკვეულ ადგილზე. ამის თავიდან აცილება შესაძლებელია კედლებსა და ჭერზე ხმის შთამნთქმელი და ხმის ამრეკლი მასალების ფრთხილად განთავსებით. ზოგიერთ საკონცერტო დარბაზში ამ ლაქებზე გამიზნული სპიკერები იქნებიან, რათა აუდიტორიის წევრებმა იქ მჯდომმა კვლავ შეძლონ მოსმენა.

ისევე, როგორც სხვა ტალღების შემთხვევაში, სინათლის ტალღებმა შეიძლება ხელი შეუშალონ ერთმანეთს და მოახდინონ დიფრაქცია, ან მოხრა ბარიერის ან გახსნის გარშემო. ტალღა უფრო იფრქვევა, როდესაც გახსნა ზომით უფრო ახლოსაა ტალღის ტალღის სიგრძესთან. ეს დიფრაქცია იწვევს ჩარევის ნიმუშს - რეგიონები, სადაც ტალღები ერთმანეთს ემატება და რეგიონები, სადაც ტალღები ერთმანეთს ანადგურებენ.

ავიღოთ შუქის მაგალითი, რომელიც გადის ერთ ჰორიზონტალურ ჭრილში. თუ თქვენ წარმოიდგინეთ ჭრილის ცენტრიდან კედლისკენ სწორი ხაზი, სადაც ეს ხაზი კედელს ხვდება, ეს უნდა იყოს კონსტრუქციული ჩარევის ნათელი წერტილი.

ჭრილში გამავალი შუქის მოდელირება შეგვიძლია როგორც მრავალი წერტილოვანი წყაროს ხაზის, რომელიც ყველა გამოსხივდება გარეთ. ჭრილის მარცხენა და მარჯვენა წყაროების სინათლემ გაიარა იგივე მანძილი კედლის ამ კონკრეტულ წერტილამდე მისასვლელად და ეს იქნება ფაზაში და კონსტრუქციულად ერევა. შემდეგი წერტილი მარცხნივ და შემდეგი წერტილი მარჯვნივ ასევე კონსტრუქციულად ერევა და ა.შ., ქმნის ცენტრალურ ნათელ მაქსიმუმს.

პირველი ადგილი, სადაც დესტრუქციული ჩარევა მოხდება, შეიძლება განისაზღვროს შემდეგნაირად: წარმოიდგინეთ სინათლე ჭრილის მარცხენა ბოლოში მდებარე წერტილიდან (წერტილი A) და შუა წერტილიდან (წერტილი B) წერტილიდან. თუ თითოეული წყაროდან კედლისკენ გეზის სხვაობა განსხვავდება 1 / 2λ, 3 / 2λ და ა.შ., მაშინ ისინი დესტრუქციულად ერევიან.

თუ შემდეგი წერტილი ავიღეთ მარცხნივ და შემდეგი წერტილი შუადან მარჯვნივ, ბილიკის სიგრძის სხვაობა ამ ორ წყაროს წერტილსა და პირველ ორს შორის დაახლოებით ერთნაირი იქნებოდა და ასევე დესტრუქციულად ერევა.

ეს ნიმუში იმეორებს ყველა დანარჩენი წერტილის წყვილს, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუ A წერტილიდან და B წერტილიდან სინათლე მოდის ერევა კედლის მოცემულ ადგილზე, მაშინ ნაპრალის საშუალებით მთლიანი სინათლე ჩარევას განიცდის იგივე ადგილზე.

ოდნავ განსხვავებული დიფრაქციული ნიმუშის მიღება ასევე შეიძლება ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტში სინათლის გავლით ორი მცირე ჭრილში, რომლებიც მანძილით არის დაშორებული. აქ ჩვენ ვხედავთ კონსტრუქციულ ჩარევას (კაშკაშა ლაქებს) კედელზე ნებისმიერ დროს, ბილიკის სიგრძის განსხვავება ორი ჭრილიდან მომდინარე სინათლეს შორის არის λ ტალღის სიგრძე.

ინტერფერომეტრების გამოყენებით მეცნიერები ყოველდღე იყენებენ ტალღების ჩარევას ამაღელვებელი აღმოჩენების გასაკეთებლად. ინტერფერომეტრი არის სამეცნიერო ინსტრუმენტი, რომელიც იყენებს სინათლის ტალღების ჩარევას გაზომვების და ექსპერიმენტების შესასრულებლად.

ძირითადი ინტერფერომეტრი იღებს ლაზერის სხივს და ყოფს ორ სხივად. ერთი სხივი გააკეთებს ძალიან განსხვავებულ ნივთებს ან განსხვავებულად გააკეთებს მას, რაც დამოკიდებულია კითხვაზე, რომელზე პასუხსაც ცდილობენ მეცნიერები. შემდეგ სხივები გაერთიანდება, მაგრამ მათ გამოცდილებამ შეცვალა. მეცნიერებს შეუძლიათ გაეცნონ ორი განსხვავებული ლაზერული სხივის ჩარევას სამეცნიერო კითხვების შესასწავლად, მაგალითად, გრავიტაციული ტალღების ბუნება.

ლაზერული ინტერფერომეტრის გრავიტაციული ტალღის ობსერვატორია (LIGO) არის გიგანტური ინტერფერომეტრი, რომელიც აგზავნის თავის გაყოფილ ლაზერულ სხივებს 2,5 კილომეტრის დაშორებით და უკან.

გაყოფილი სხივები მართი კუთხითაა, ამიტომ თუ გრავიტაციული ტალღა ინტერფერომეტრში გაივლის, ეს თითოეულ სხივზე განსხვავებულად იმოქმედებს. ეს ნიშნავს, რომ ისინი ერევიან ერთმანეთში, როდესაც ისინი გაერთიანდებიან, და ჩარევის ნიმუში ფიზიკოსებს ეუბნება, რამ გამოიწვია გრავიტაციული ტალღები. LIGO– მ სწორედ ამ გზით დააფიქსირა გრავიტაციული ტალღები შავი ხვრელებიდან, რომლებიც აღმოჩნდა 2017 წელს ნობელის პრემიის ლაურეატი.