6.1.2.5. Преломление волн

На границе раздела двух сред, кроме отражения, происходит проникновение волны в другую среду (преломление).

Преломлённый луч – луч, проходящий через границу раздела из одной среды в другую.

Преломление – явление образования преломлённого луча.

Угол преломления – угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения луча.

Принцип Гюйгенса позволяет вывести закон преломления волн. Пусть плоская волна (фронт АС), ограниченная лучами A₁ и B₁, переходит из среды, скорость в которой , в среду, скорость в которой , причём v₁ > v₂ (например, из воздуха в воду). При этом фронт стал DВ, ограниченный лучами A₂ и B₂. Угол падения , угол преломления 

Тогда за время t прохождения лучом B₁ расстояния CB луч А₂ пройдёт расстояние АD

CAB =   | CB| = |AB|sin  = v₁t.

ABD =   |AD| = | AB|sin  = v₂t.

Разделив уравнения друг на друга, получим: .

Тогда получаем законы преломления:

1) первый закон преломления: падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;

2) второй закон преломления: отношение синуса угла падения  к синусу угла преломления  для двух данных сред есть величина постоянная.

• v₁ > v₂    

• Падающий и преломлённый лучи обратимы.

6.1.2.6. Интерференция волн

Известно, что если в среде распространяются две (и более) волны, то её частицы совершают сложное колебание, параметры которого можно определить графически (или как-то еще) и выполняется принцип суперпозиции волн: смещение результирующего колебания точки есть геометрическая сумма смещений всех колебаний, в которых она участвует.

• В случае, когда колебания происходят в одной плоскости и в одном направлении, сумма смещений будет алгебраической.

Рассмотрим наложение двух волн одной частоты от двух вибраторов, закреплённых на общей оси и погружённых в воду. На поверхности образуется устойчивая картина результирующего колебания.

Ход волны – расстояние от источника колебаний до данной точки.

Для произвольной т.А ход волны можно считать постоянным и равным определённому числу длин полуволн .

Когерентные волны – волны одной частоты, разность фаз которых постоянна во времени.

При наложении когерентных волн амплитуда колебаний одних точек среды увеличивается, других – уменьшается.

Интерференция – явление изменения амплитуды колебаний точек среды, вызванное наложением когерентных волн.

Если для т.А разность хода  когерентных волн одинаковой амплитуды составляет чётное число (2k) длин полуволн , то наблюдаем удвоение амплитуды её колебаний при интерференции, если нечетное ( ), то уменьшение амплитуды колебаний до нуля.

Таким образом, для т.А и источников колебаний В и С: условие максимумов , условие минимумов , где k  Z (множество целых чисел).

6.1.2.7. Дифракция волн

Дифракция – явление огибания волной препятствия.

Дифракция плоских волн на поверхности с преградой (щелью) даёт следующие картины:

а) размер преграды много больше длины волны 	б) размер преграды соизмерим с 	в) размер преграды меньше 

а) размер щели много больше 	б) размер щели соизмерим с 	в) размер щели меньше 

Из рисунков видно, что дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения волны на границе с препятствием (преграда, щель), отсекающим часть её фронта, причём, чем ближе размер препятствия к длине волны, тем заметнее дифракция.