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