전자파. 전자기파 개념

이러한 현상은 모든 자연의 파도에 내재되어 있습니다. 더욱이 간섭, 회절, 분극 현상은 파동 과정의 특징이며 파동 이론을 통해서만 설명할 수 있습니다.

반사와 굴절.파동 전파는 광선을 사용하여 기하학적으로 설명됩니다. 균질한 환경에서( N= const) 광선은 직선입니다. 그러나 미디어 간의 접점에서는 방향이 바뀐다. 이 경우 두 개의 파동이 형성됩니다. 반사되어 동일한 속도로 첫 번째 매질에서 전파되고, 굴절되어 이 매질의 특성에 따라 다른 속도로 두 번째 매질에서 전파됩니다. 반사 현상은 소리(에코)와 광파 모두로 알려져 있습니다. 빛의 반사로 인해 거울에 허상이 형성됩니다. 빛의 굴절은 많은 흥미로운 기초가 됩니다. 기상. 렌즈, 프리즘, 광섬유 등 다양한 광학 장치에 널리 사용됩니다. 이러한 장치는 카메라, 현미경, 망원경, 잠망경, 프로젝터 등 다양한 목적을 위한 장치의 요소입니다. 광학 시스템통신 등

간섭파동 - 두 개(또는 여러 개)의 응집성(일치하는) 파동이 중첩될 때 에너지 재분배 현상으로, 결과 파동의 강도(진폭)의 최대값과 최소값이 교대로 나타나는 간섭 패턴이 나타납니다. 추가 시점의 위상차가 시간에 따라 일정하게 유지되지만 지점과 공간에 따라 달라질 수 있는 파동을 응집성이라고 합니다. 파도가 "동위상"으로 만나는 경우, 즉 동시에 한 방향으로 최대 편차에 도달한 다음 서로를 강화하고 "역위상"으로 만나는 경우, 즉 동시에 반대 편차에 도달하면 서로가 약해집니다. 빛의 경우 두 파동의 진동 조정(일관성)은 복사 과정의 특성으로 인해 공통 기원을 갖는 경우에만 가능합니다. 예외는 레이저이며, 그 방사선은 높은 일관성을 특징으로 합니다. 따라서 간섭을 관찰하기 위해 한 광원에서 나오는 빛은 불투명 스크린의 두 구멍(슬릿)을 통과하거나 얇은 필름의 매체 경계면에서 반사 및 굴절을 통해 두 개의 파동 그룹으로 나뉩니다. 단색 광원의 간섭 패턴( λ=상수) 두 개의 좁고 촘촘한 슬릿을 통과하는 광선에 대한 화면에서는 밝고 어두운 줄무늬가 교대로 나타나는 것처럼 보입니다(Young의 실험, 1801). 밝은 줄무늬 - 두 슬릿의 파동이 "동위상"으로 만나는 화면 지점, 즉 위상차에서 최대 강도가 ​​관찰됩니다.

, m =0,1,2,…,(3.10)

이는 광선의 경로 차이, 즉 파장 정수의 배수에 해당합니다. λ

, m =0,1,2,…,(3.11)

어두운 줄무늬(상호 취소), 즉 강도 최소값은 파동이 "역위상"으로 만나는 화면 지점에서 발생합니다. 즉, 위상차는 다음과 같습니다.

, m =0,1,2,…,(3.12)

이는 광선 경로의 차이, 즉 홀수 ​​반파장의 배수에 해당합니다.

, m =0,1,2,…(3.13)

서로 다른 파동에 대해 간섭이 관찰됩니다. 모든 파장을 포함한 백색광의 간섭 가시 광선파장 범위에서 마이크론은 물 표면에 무지개색 가솔린 얇은 막으로 나타날 수 있으며, 비누방울, 금속 표면의 산화막. 간섭 최대 조건 다른 점필름은 서로 다른 파장에 맞게 만들어지므로 서로 다른 색상의 파동이 증폭됩니다. 간섭 조건은 가시광선의 경우 1 마이크론(1 µm = 10 -6 m)의 일부인 파장에 의해 결정되므로 이 현상은 다양한 정밀(“초정밀”) 연구, 제어 및 측정 방법의 기초가 됩니다. 간섭의 사용은 간섭계, 간섭 분광기 및 홀로그래피 방법의 사용을 기반으로 합니다. 빛 간섭은 방사선의 파장을 측정하고, 스펙트럼 선의 미세 구조를 연구하고, 물질의 밀도, 굴절률 및 얇은 코팅의 두께를 결정하는 데 사용됩니다.

회절- 특성의 이질성이 뚜렷한 매질에서 파동이 전파될 때 발생하는 일련의 현상입니다. 이는 파동이 화면의 구멍, 불투명한 물체의 경계 근처 등을 통과할 때 관찰됩니다. 회절은 크기가 파장과 일치하는 장애물 주위로 파동이 휘어지는 결과를 낳습니다. 장애물의 크기가 파장보다 훨씬 크면 회절이 약합니다. 거시적 장애물에서는 소리, 지진파 및 전파의 회절이 관찰되며 1cmkm입니다. 빛의 회절을 관찰하려면 장애물이 훨씬 작아야 합니다. 회절 음파집 모퉁이에 있는 사람의 목소리를 듣는 능력을 설명합니다. 지구 표면 주변의 전파 회절은 방출 안테나의 가시선을 훨씬 넘어서는 장파 및 중파 범위의 무선 신호 수신을 설명합니다.

파동의 회절에는 간섭이 수반되어 회절 패턴이 형성되고 최대 강도와 최소 강도가 교대로 나타납니다. 빛이 교대로 평행한 투명 및 불투명 줄무늬 세트(1mm당 최대 1000개)인 회절 격자를 통과하면 회절 패턴이 화면에 나타나며 최대 위치는 방사선의 파장에 따라 달라집니다. . 이를 통해 회절 격자를 사용하여 방사선의 스펙트럼 구성을 분석할 수 있습니다. 구조 결정질 물질입체와 비슷하다 회절 격자. 물질 입자(원자, 이온, 분자)가 규칙적으로 배열된 결정을 통해 X선 방사선, 전자 또는 뉴런 빔이 통과하는 동안 회절 패턴을 관찰하면 구조의 특징을 연구할 수 있습니다. . 원자간 거리의 특성값은 d~10 -10 m이며, 이는 사용된 방사선의 파장에 해당하며 결정학 분석에 필수 불가결합니다.

빛의 회절은 광학 기기(망원경, 현미경 등)의 해상도 한계를 결정합니다. 해상도(두 개체가 별도로 표시되고 병합되지 않는 두 개체 사이의 최소 거리)가 해결됩니다. 회절로 인해 점광원(예: 망원경의 별)의 이미지가 원으로 나타나므로 가까운 물체가 해상되지 않습니다. 분해능은 파장을 포함한 다양한 매개변수에 따라 달라집니다. 즉, 파장이 짧을수록 분해능은 더 좋습니다. 따라서 광학현미경으로 관찰되는 물체의 크기는 빛의 파장(약 0.5μm)에 의해 제한됩니다.

빛의 간섭과 회절 현상은 홀로그래피에서 영상을 기록하고 재생하는 원리의 바탕이 됩니다. 1948년 D. Gabor(1900 – 1979)가 제안한 방법은 간섭성 광선으로 물체와 사진판을 조명하여 얻은 간섭 패턴을 기록합니다. 결과 홀로그램은 물체와 전혀 유사하지 않은 교대로 나타나는 밝은 점과 어두운 점으로 구성됩니다. 그러나 기록에 사용된 것과 동일한 광파의 홀로그램에서 회절을 통해 실제 물체에서 산란된 파동을 재구성하고 3개의 빛을 얻을 수 있습니다. -차원적인 이미지.

양극화– 횡파에만 나타나는 현상입니다. 광파의 단면(다른 모든 것과 마찬가지로) 전자파)는 진동하는 전기 () 및 자기 유도 () 전계 강도 벡터가 파동 전파 방향에 수직이라는 사실로 표현됩니다. 또한, 이들 벡터는 서로 수직이므로 전체 설명빛의 편광 상태를 확인하려면 그 중 하나만의 동작을 알아야 합니다. 기록 장치에 대한 빛의 영향은 전압 벡터에 의해 결정됩니다. 전기장, 이를 빛 벡터라고 합니다.

광파, 자연 방사선원에 의해 방출됩니다. 많은 독립 원자는 극성을 띠지 않습니다. 자연 광선의 빛 벡터()의 진동 방향은 연속적이고 무작위로 변경되며 파동 속도 벡터에 수직으로 유지됩니다.

빛 벡터의 방향이 변하지 않는 빛을 선형 편광이라고 합니다. 분극은 벡터 진동의 순서입니다. 대표적인 것이 고조파이다. 빛을 편광하기 위해 편광판이라는 장치가 사용되며, 그 작용은 빛의 반사 및 굴절 과정의 특성과 결정 상태의 물질의 광학 특성의 이방성에 기반을 둡니다. 편광판을 통과하는 빔의 빛 벡터는 편광판 평면이라는 평면에서 진동합니다. 편광된 빛이 두 번째 편광판을 통과할 때, 편광판이 회전함에 따라 투과된 광선의 강도가 변하는 것을 알 수 있습니다. 편광이 두 번째 편광판의 평면과 일치하면 빛은 흡수 없이 장치를 통과하고, 편광의 진동 평면이 두 번째 편광판의 평면에 수직일 때 결정이 90도 회전할 때 빛에 의해 완전히 지연됩니다. .

빛의 편광 발견 폭넓은 적용다양한 과학 연구 및 기술 분야에서 활동하고 있습니다. 그것은에서 사용됩니다 현미경 연구, 녹음, 광학 위치 확인, 고속 필름 및 사진 촬영 과정에서 음식 산업(당질 측정) 등

분산- 주파수(파장)에 대한 파동 전파 속도의 의존성. 전자기파가 매질 속에서 전파될 때, -

차이가 결정됩니다 물리적 특성파동이 전파되는 매질. 예를 들어, 진공에서는 전자파가 분산되지 않고 전파되지만, 물질 매질에서는 지구의 전리층과 같은 희박한 환경에서도 분산이 발생합니다. 소리와 초음파도 분산을 나타냅니다. 매체에서 전파되면 신호가 분해될 수 있는 서로 다른 주파수의 고조파가 서로 다른 속도로 전파되어 신호 모양이 왜곡됩니다. 광 분산은 빛의 주파수(파장)에 대한 물질의 굴절률의 의존성입니다. 주파수(파장)에 따라 빛의 속도가 달라지면 굴절률도 달라집니다. 분산으로 인해 백색광, 서로 다른 주파수의 많은 파동으로 구성되어 투명한 삼각 프리즘을 통과하면 분해되어 연속 (연속) 스펙트럼이 형성됩니다. 이 스펙트럼에 대한 연구는 I. Newton(1672)이 광 분산을 발견하도록 이끌었습니다. 특정 스펙트럼 영역에서 투명한 물질의 경우 굴절률은 주파수가 증가함에 따라(파장이 감소함) 증가하며, 이는 스펙트럼의 색상 분포에 해당합니다. 굴절률은 보라색 빛(=0.38μm)의 경우 가장 높으며 빨간색 빛(=0.76μm)의 경우 굴절률이 가장 낮습니다. 퍼지면 자연에서도 비슷한 현상이 관찰됩니다. 햇빛대기와 물 입자(여름)와 얼음(겨울)의 굴절. 이것은 무지개 또는 태양 후광을 만듭니다.

도플러 효과.도플러 효과는 파동원과 관찰자의 상대적인 움직임으로 인해 관찰자(수신기)가 인지하는 파동의 주파수나 길이가 변화하는 현상입니다. 파동 속도 유매체의 특성에 따라 결정되며 소스나 관찰자가 움직여도 변하지 않습니다. 관찰자 또는 파동의 근원이 매질에 대한 속도로 움직이는 경우, 주파수는 V수신되는 파도가 달라집니다. 동시에 K. Doppler(1803 – 1853)가 확립한 것처럼 관찰자가 소스에 접근하면 파동의 주파수가 증가하고 멀어지면 감소합니다. 이는 파장의 감소에 해당합니다. λ 소스와 관찰자가 가까워지고 증가하면 λ 서로 제거될 때. 음파의 경우 도플러 효과는 음원과 관찰자가 가까워지면 소리의 피치가 증가하는 것으로 나타납니다(1 비서관찰자는 인지한다 더 큰 숫자파도), 그에 따라 소리가 멀어질 때 소리의 톤이 감소합니다. 도플러 효과는 위에서 설명한 "적색 편이"도 유발합니다. - 주파수 감소 전자기 방사선움직이는 소스에서. 이 이름은 스펙트럼의 가시 부분에서 도플러 효과의 결과로 선이 빨간색 끝으로 이동한다는 사실에 기인합니다. "적색 편이"는 예를 들어 무선 범위와 같은 다른 주파수의 방출에서도 관찰됩니다. 더 높은 주파수와 관련된 반대 효과를 파란색(또는 보라색) 이동이라고 합니다. 천체 물리학에서는 우주론과 중력이라는 두 가지 "적색편이"가 고려됩니다. 우주론적(메타은하)은 모든 먼 소스(은하, 퀘이사)에서 관찰되는 "적색 편이"라고 합니다. 방사선 주파수의 감소는 이러한 소스가 서로, 특히 우리 은하로부터의 거리를 나타냅니다. ) 메타은하. 은하계의 "적색편이"는 1912~14년에 미국의 천문학자 W. Slipher에 의해 발견되었습니다. 1929년에 E. 허블은 먼 은하의 경우 그 크기가 가까운 은하의 것보다 크고 대략 거리에 비례하여 증가한다는 사실을 발견했습니다. 이로써 은하의 상호 거리(산란) 법칙을 확인할 수 있게 됐다. 이 경우 허블의 법칙은 다음과 같은 형식으로 작성됩니다.

당신 = 시간; (3.14)

(유은하계가 멀어지는 속도이다. 아르 자형- 그것까지의 거리, N -허블 상수). 은하가 적색편이로부터 멀어지는 속도를 결정함으로써 은하까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 이 공식을 사용하여 은하 외 물체까지의 거리를 결정하려면 허블 상수의 수치를 알아야 합니다. N.이 상수를 아는 것은 우주론에서도 매우 중요합니다. 이는 우주의 "나이"를 결정하는 것과 관련이 있습니다. 20세기 초반에 허블 상수의 값이 채택되었습니다. N =(3 – 5)*10 -18초 -1 , 역수 티 = 1/H = 180억년. 중력 "적색편이"는 시간 속도 둔화의 결과이며 중력장(효과)으로 인해 발생합니다. 일반 이론상대성). 이 현상은 아인슈타인 효과 또는 일반화된 도플러 효과라고도 합니다. 이 현상은 1919년부터 처음에는 태양 복사에서 관찰되었고 그 다음에는 다른 별에서도 관찰되었습니다. 어떤 경우에는(예를 들어 중력 붕괴 동안) 두 가지 유형의 "적색 편이"가 관찰되어야 합니다.

어린 시절에는 강의 조용한 물 표면과 같은 즐거운 그림을 볼 수 있습니다. 그리고 당신이해야 할 일은 작은 조약돌을 던지는 것뿐입니다. 이 그림은 즉시 변경됩니다. 돌이 물에 부딪힌 곳 주변에는 파도가 원을 그리며 흩어집니다. 누구나 쉽게 흔들리는 바다 파도의 엄청난 힘에 대한 바다 항해에 대한 이야기를 읽었습니다. 큰 배. 그러나 이러한 현상을 관찰할 때, 물이 튀는 소리는 우리가 숨쉬는 공기 중의 파동을 통해 우리 귀에 도달하고, 우리가 주변을 시각적으로 인식하는 빛도 파동의 움직임이라는 사실을 모든 사람이 아는 것은 아닙니다. 물 표면의 파동, 빛, 음파는 함께 결합될 수 있습니다. 이것들은 모두 파동 운동의 예입니다. 그러나 파도는 모양이 다릅니다. 물리학의 관점에서 파동이란 무엇입니까? 파동은 시간이 지남에 따라 공간을 통해 이동하는 진동입니다. 파동의 주요 특성은 물질을 전달하지 않고 파동이 전파된다는 것입니다. 예를 들어, 나무의 작은 잎이 물 표면에 놓여 있는 경우입니다. 물에 돌을 던져보자. 앞서 언급했듯이 파도는 돌에서 모든 방향으로 퍼지기 시작합니다. 동시에 잎사귀에 도달하면 잎이 파도쪽으로 움직이도록 강요하지 않습니다. 잎은 제자리에 유지되지만 동시에 위아래로 진동 운동을 합니다. 즉, 물의 모양만 변할 뿐 흐름은 발생하지 않습니다. 물의 가장 중요한 특성 중 하나는 확산 속도입니다. 모든 파동의 전파 속도는 항상 유한합니다. 수면의 파도의 속도는 상대적으로 느리기 때문에 관찰하기가 매우 쉽습니다.
고무줄을 따라 전파되는 파동을 관찰하는 것도 쉽습니다. 코드의 한쪽 끝이 고정되어 있고 손으로 코드를 살짝 당기면 다른 쪽 끝이 진동 운동을 하게 되며, 그러면 파도가 코드를 따라 흐르게 됩니다. 코드를 빨리 당길수록 파동 속도는 빨라집니다. 파도는 코드가 부착된 지점에 도달하여 반사되어 되돌아옵니다. 이 실험에서는 파동이 전파됨에 따라 코드 모양의 변화가 발생합니다. 코드의 각 부분은 일정한 평형 위치를 중심으로 진동합니다. 파동이 코드를 따라 전파될 때 파동 전파 방향에 수직인 방향으로 진동이 발생한다는 사실에 주목합시다. 이러한 파도를 횡파라고 합니다.
이 경우 이러한 파동에는 전단변형이라 불리는 탄성변형이 일어난다. 물질의 개별 층은 서로 상대적으로 이동합니다. 전단 변형 중에 솔리드 바디에 탄성력이 발생하여 바디를 원래 상태로 되돌리려는 경향이 있습니다. 매체 입자의 진동을 유발하는 것은 탄성력입니다. 그러나 매질 입자의 진동은 파동 전파 방향을 따라 발생할 수도 있습니다. 이러한 파동을 종파라고 합니다. 큰 직경의 길고 부드러운 스프링에서 종파를 관찰하는 것이 편리합니다. 손바닥으로 스프링 끝 중 하나를 치면 스프링을 따라 압축(탄성 충격)이 어떻게 진행되는지 확인할 수 있습니다. 일련의 연속적인 타격을 사용하면 스프링의 연속적인 압축과 확장을 나타내는 스프링의 파동이 자극될 수 있습니다.
압축 변형은 종파에서 발생합니다. 이 변형과 관련된 탄성력은 두 가지 모두에서 발생합니다. 고체, 액체 및 기체에서도 마찬가지입니다.
종파의 예는 음파, 즉 인간의 귀로 인식되는 것들. 기계적 파동이 전파되면 매질의 한 입자에서 다른 입자로 운동이 전달됩니다. 운동 전달과 관련된 것은 에너지 전달입니다. 성격에 관계없이 모든 파동의 주요 특성은 물질을 전달하지 않고 에너지를 전달한다는 것입니다. 에너지는 끈, 줄 등의 시작 부분에서 진동을 일으키고 파동과 함께 퍼지는 소스에서 나옵니다. 에너지는 코드와 같은 단면을 통해 전달됩니다. 이 에너지는 다음과 같이 구성됩니다. 운동 에너지환경 입자의 움직임과 잠재력그들의 탄성 변형. 파동 전파 중 입자 진동 진폭의 점진적인 감소는 기계적 에너지의 일부가 내부 에너지로 변환되는 것과 관련이 있습니다.
기계적 파동은 어떻게 전파됩니까? 파동이 움직이는 동안 물질의 개별 입자의 움직임을 따라가 보겠습니다. 먼저, 예를 들어 고무줄을 따라 전파되는 횡파를 생각해 보겠습니다. 코드의 각 부분에는 질량과 탄력성이 있습니다. 코드가 어느 부분에서든 변형되면 탄성력이 나타납니다. 이러한 힘은 코드를 원래 위치로 되돌리는 경향이 있습니다. 관성으로 인해 진동 코드의 섹션은 평형 위치에서 멈추지 않고 이를 통과하여 평형 위치에서 최대 편차가 발생하는 순간 탄성력이 이 섹션을 멈출 때까지 계속 움직입니다. 코드 대신 실에 매달린 동일한 금속 공 체인을 사용하겠습니다. 볼은 스프링으로 서로 연결되어 있습니다(그림). 스프링의 질량은 볼의 질량보다 훨씬 작습니다. 이 모델에서는 관성(질량) 특성과 탄성 특성이 분리됩니다. 질량은 주로 볼에 집중되고 탄성은 스프링에 집중됩니다. 이 구분은 파동을 고려할 때 중요하지 않습니다. 볼 체인에 수직인 수평면에서 왼쪽 외부 볼의 방향을 바꾸면 스프링이 변형되고 두 번째 볼에 힘이 작용하기 시작하여 첫 번째 볼과 동일한 방향으로 방향이 바뀌게 됩니다. 관성으로 인해 두 번째 공의 움직임은 첫 번째 공과 조화를 이루지 못합니다. 첫 번째 공의 움직임을 반복하는 움직임은 시간이 지남에 따라 지연됩니다. 첫 번째 공이 주기 T로 강제로 진동하게 되면(간단히 손으로 또는 일부 메커니즘을 사용하여) 두 번째 공도 첫 번째 공 이후에 진동하기 시작하지만 위상이 약간 지연됩니다. 세 번째 공은 두 번째 공의 움직임으로 인한 탄성력의 영향을 받아 진동하기 시작하고 위상이 훨씬 뒤처지는 등의 현상이 발생합니다. 마지막으로 모든 공은 동일한 주파수로 강제 진동을 수행하기 시작합니다. , 그러나 단계가 다릅니다. 이 경우 횡파가 볼 체인을 따라 진행됩니다. 그림 a, b, c, d, e, f는 파동 전파 과정을 보여줍니다. 진동 기간의 1/4만큼 서로 간격을 두고 연속적인 순간에 공의 위치가 표시됩니다(상단 보기). 공의 화살표는 해당 순간의 이동 속도를 나타내는 벡터입니다. 스프링으로 연결된 거대한 볼 체인 형태의 탄성체 모델(그림 a)에서 종파의 전파 과정을 관찰할 수 있습니다. 볼은 체인을 따라서만 진동할 수 있도록 매달려 있습니다. 첫 번째 공이 주기 T로 진동 운동을 하게 되면 공의 압축과 희박화가 반복되는 종파가 체인을 따라 흐를 것입니다(그림 1). 비). 이 그림은 전단파 전파의 경우 그림 e에 해당합니다.

>> 파동현상

§ 42 파동 현상

우리 각자는 연못이나 호수의 잔잔한 표면에 던져진 돌에서 파도가 어떻게 원형으로 흩어지는지 관찰했습니다(그림 6.1). 많은 사람들이 해안으로 밀려드는 파도를 지켜보았습니다. 모두가 바다 항해, 대형 선박을 쉽게 흔드는 바다 파도의 엄청난 힘에 대한 이야기를 읽었습니다. 그러나 이러한 현상을 관찰할 때 물이 튀는 소리가 우리가 숨쉬는 공기 중의 파도에 의해 우리 귀에 도달하고, 우리가 환경을 시각적으로 인식하는 빛도 파도의 움직임이라는 것을 모든 사람이 아는 것은 아닙니다.

파동 과정은 본질적으로 매우 널리 퍼져 있습니다. 파도의 움직임을 일으키는 다양한 물리적 이유가 있습니다. 그러나 진동과 마찬가지로 모든 유형의 파동은 동일하거나 거의 동일한 법칙에 의해 정량적으로 설명됩니다. 다양한 파동 현상을 비교하면 이해하기 어려운 많은 문제가 더 명확해집니다.

파도라고 불리는 것은 무엇입니까? 파동은 왜 발생하는가?고체, 액체 또는 기체 등 모든 신체의 개별 입자가 서로 상호 작용합니다. 따라서 신체의 입자가 진동 운동을 시작하면 입자 간의 상호 작용의 결과로 이 움직임이 특정 속도로 모든 방향으로 퍼지기 시작합니다.

파동은 시간이 지남에 따라 공간을 통해 전파되는 진동입니다.

공기, 고체 및 액체 내부에서는 탄성력의 작용으로 인해 기계적 파동이 발생합니다. 이러한 힘은 신체의 개별 부분 간에 전달됩니다. 물 표면에 파도가 형성되는 것은 중력과 표면 장력에 의해 발생합니다.

파동의 주요 특징은 물 표면의 파동을 고려하면 가장 명확하게 볼 수 있습니다. 예를 들어 앞으로 나아가는 둥근 샤프트인 파도가 될 수 있습니다. 샤프트 또는 능선 사이의 거리는 거의 같습니다. 그러나 파도가 움직이는 물 표면에 가벼운 물체(예: 나무의 나뭇잎)가 있는 경우 파도에 의해 앞으로 전달되지 않고 위아래로 진동하기 시작합니다. 거의 한곳에 있어요.

파동이 여기되면 진동 전파 과정이 발생하지만 물질 전달은 발생하지 않습니다. 예를 들어 던진 돌에서 발생하는 물의 진동은 주변 지역으로 전달되고 점차적으로 모든 방향으로 퍼져 진동 운동에 점점 더 많은 매질 입자를 포함합니다. 물의 흐름은 발생하지 않으며 표면 이동의 국부적인 형태만 발생합니다.

파도 속도. 가장 중요한 특징파동의 전파 속도는 파동의 속도이다. 어떤 자연의 파동도 즉시 공간을 통해 전파되지는 않습니다. 그들의 속도는 유한합니다. 예를 들어, 갈매기가 바다 위를 날고 있는데 항상 같은 파도 꼭대기 위로 끝나는 방식으로 날아간다고 상상할 수 있습니다. 이 경우 파도의 속도는 갈매기의 속도와 같습니다. 수면의 파도는 전파 속도가 상대적으로 느리기 때문에 관찰하기에 편리합니다.

횡파와 종파.고무줄을 따라 전파되는 파동을 관찰하는 것도 쉽습니다. 코드의 한쪽 끝이 고정되어 있고 손으로 코드를 살짝 당기면 다른 쪽 끝이 진동 운동을 하게 되며, 그러면 파도가 코드를 따라 흐릅니다(그림 6.2).

코드를 빨리 당길수록 파동 속도는 빨라집니다. 파도는 코드가 부착된 지점에 도달하여 반사되어 되돌아옵니다. 이 실험에서는 파동이 전파됨에 따라 코드의 모양에 변화가 발생합니다. 코드의 각 부분은 일정한 평형 위치를 중심으로 진동합니다.

파동이 코드를 따라 전파될 때 파동 전파 방향에 수직인 방향으로 진동이 발생한다는 사실에 주목합시다. 이러한 파동을 횡파라고 합니다(그림 6.3). 횡파에서는 매체의 개별 부분의 변위가 파동의 전파 방향에 수직인 방향으로 발생합니다. 이 경우 전단 변형이라고 불리는 탄성 변형이 발생합니다. 물질의 개별 층은 서로 상대적으로 이동합니다. 전단 변형 중에 솔리드 바디에 탄성력이 발생하여 바디를 원래 상태로 되돌리려는 경향이 있습니다. 매질 1의 입자의 진동을 유발하는 것은 탄성력입니다.

가스와 액체에서 서로에 대한 층의 이동은 탄성력의 출현으로 이어지지 않습니다. 따라서 기체나 액체에는 횡파가 존재할 수 없습니다. 횡파는 고체에서 발생합니다.

그러나 매질 입자의 진동은 파동 전파 방향을 따라 발생할 수도 있습니다(그림 6.4). 이러한 파동을 종파라고 합니다. 큰 직경의 길고 부드러운 스프링에서 종파를 관찰하는 것이 편리합니다. 손바닥으로 스프링 끝 중 하나를 치면(그림 6.5, a) 스프링을 따라 압축(탄성 충격)이 어떻게 진행되는지 확인할 수 있습니다. 일련의 연속적인 타격을 사용하면 스프링의 연속적인 압축과 확장을 나타내는 스프링의 파동이 자극될 수 있습니다(그림 6.5, b).

따라서 종파에서는 압축 변형이 발생합니다. 이러한 변형과 ​​관련된 탄성력은 고체, 액체 및 기체 모두에서 발생합니다.

1 매질 입자의 진동에 관해 이야기할 때, 이는 분자의 진동이 아니라 작은 부피의 매질의 진동을 의미합니다.

이러한 힘은 매체의 개별 부분에 진동을 유발합니다. 따라서 종파는 모든 탄성 매질에서 전파될 수 있습니다. 고체에서는 종파의 속도가 횡파의 속도보다 빠릅니다.

이는 지진원에서 지진 관측소까지의 거리를 결정할 때 고려됩니다. 첫째, 종파는 지각에서의 속도가 횡파의 속도보다 크기 때문에 관측소에서 기록됩니다. 얼마 후, 지진 중에 종파와 동시에 여기되는 횡파가 기록됩니다. 지각의 종파와 횡파의 속도와 횡파의 지연시간을 알면 지진 발생지까지의 거리를 알아내는 것이 가능합니다.

파동에너지.기계적 파동이 전파되면 매질의 한 입자에서 다른 입자로 운동이 전달됩니다. 운동 전달과 관련된 것은 에너지 전달입니다. 성격에 관계없이 모든 파동의 주요 특성은 신체 물질을 전달하지 않고 에너지를 전달한다는 것입니다. 에너지는 끈, 줄 등의 시작 부분에서 진동을 일으키고 파동과 함께 퍼지는 소스에서 나옵니다. 에너지는 코드와 같은 단면을 통해 전달됩니다. 이 에너지는 매질 입자의 운동 에너지와 탄성 변형의 위치 에너지로 구성됩니다. 파동 전파 중 입자 진동 진폭의 점진적인 감소는 기계적 에너지의 일부가 내부 에너지로 변환되는 것과 관련이 있습니다.

파동은 시간이 지남에 따라 공간을 통해 전파되는 진동입니다. 파도의 속도는 유한합니다. 파동은 에너지를 전달하지만 매질의 물질을 전달하지는 않습니다.

1. 어떤 파동을 횡파라고 하고, 어떤 파동을 종파라고 하나요?
2. 횡파가 물 속에서 전파될 수 있나요?

Myakishev G.Ya., 물리학. 11학년: 교육적. 일반 교육용 기관: 기본 및 프로필. 레벨 / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; 편집자 V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17판, 개정. 그리고 추가 -M .: 교육, 2008. - 399 p .: 아픈.

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이러한 현상은 모든 자연의 파도에 내재되어 있습니다. 더욱이 간섭, 회절, 분극 현상은 파동 과정의 특징이며 파동 이론을 통해서만 설명할 수 있습니다.

반사와 굴절.파동 전파는 광선을 사용하여 기하학적으로 설명됩니다. 균질한 환경에서( N= const) 광선은 직선입니다. 동시에 미디어 간의 인터페이스에서는 방향이 변경됩니다. 이 경우 두 개의 파동이 형성됩니다. 반사되어 동일한 속도로 첫 번째 매질에서 전파되고, 굴절되어 이 매질의 특성에 따라 다른 속도로 두 번째 매질에서 전파됩니다. 반사 현상은 소리(에코)와 광파 모두로 알려져 있습니다. 빛의 반사로 인해 거울에 허상이 형성됩니다. 빛의 굴절은 많은 흥미로운 대기 현상의 기초가 됩니다. 렌즈, 프리즘, 광섬유 등 다양한 광학 장치에 널리 사용됩니다. 이러한 장치는 카메라, 현미경 및 망원경, 잠망경, 프로젝터, 광통신 시스템 등 다양한 목적을 위한 장치의 요소입니다.

간섭파동 - 두 개(또는 여러 개)의 응집성(일치하는) 파동이 중첩될 때 에너지 재분배 현상으로, 결과 파동의 강도(진폭)의 최대값과 최소값이 교대로 나타나는 간섭 패턴이 나타납니다. 추가 시점의 위상차가 시간에 따라 일정하게 유지되지만 지점과 공간에 따라 달라질 수 있는 파동을 응집성이라고 합니다. 파도가 '동위상''으로 만나면 в.ol. 동시에 한 방향으로 최대 편차에 도달한 다음 서로를 강화하고 "역위상"으로 만나면 ү.й입니다. 동시에 반대 편차에 도달하면 서로가 약해집니다. 빛의 경우 두 파동의 진동 조정(일관성)은 복사 과정의 특성으로 인해 공통 기원을 갖는 경우에만 가능합니다. 예외는 레이저이며, 그 방사선은 높은 일관성을 특징으로 합니다. 이러한 이유로 간섭을 관찰하기 위해 한 소스에서 나오는 빛은 불투명 스크린의 두 구멍(슬릿)을 통과하거나 얇은 필름의 매체 경계면에서 반사 및 굴절로 인해 두 개의 파동 그룹으로 나뉩니다. 단색 광원의 간섭 패턴( λ=상수) 좁고 밀접하게 간격을 둔 두 개의 슬릿을 통과하는 광선에 대한 화면에는 밝고 어두운 줄무늬가 번갈아 나타나는 모양이 있습니다 (Jung의 실험, 1801 ᴦ.). 밝은 줄무늬 - 두 슬릿의 파동이 "동위상"으로 만나는 화면 지점, 즉 위상차에서 최대 강도가 ​​관찰됩니다.

, m =0,1,2,…,(3.10)

이는 광선의 경로 차이, 즉 파장 정수의 배수에 해당합니다. λ

, m =0,1,2,…,(3.11)

어두운 줄무늬(상호 취소), в.й. 강도 최소값은 파동이 "역위상"으로 만나는 화면 지점에서 발생합니다. 즉, 위상차는 다음과 같습니다.

, m =0,1,2,…,(3.12)

이는 광선 경로의 차이, 즉 홀수 ​​반파장의 배수에 해당합니다.

, m =0,1,2,…(3.13)

서로 다른 파동에 대해 간섭이 관찰됩니다. 파장 범위에 있는 가시광선의 모든 파동을 포함하는 백색광의 간섭 미크론은 물 표면에 무지개색 휘발유 얇은 막, 비눗방울, 금속 표면에 산화막 형태로 나타날 수 있습니다. 필름의 서로 다른 지점에서 최대 간섭 조건은 서로 다른 파장을 갖는 서로 다른 파동에 대해 충족되어 서로 다른 색상의 파동이 증폭됩니다. 간섭 조건은 가시광선의 경우 1 마이크론(1 µm = 10 -6 m)의 일부인 파장에 의해 결정됩니다. 따라서 이 현상은 다양한 정밀("초정밀") 연구 방법의 기초입니다. 제어 및 측정. 간섭의 사용은 간섭계, 간섭 분광기 및 홀로그래피 방법의 사용을 기반으로 합니다. 빛 간섭은 방사선의 파장을 측정하고, 스펙트럼 선의 미세 구조를 연구하고, 물질의 밀도, 굴절률 및 얇은 코팅의 두께를 결정하는 데 사용됩니다.

회절- 특성의 이질성이 뚜렷한 매질에서 파동이 전파될 때 발생하는 일련의 현상입니다. 이는 파동이 화면의 구멍, 불투명한 물체의 경계 근처 등을 통과할 때 관찰됩니다. 회절은 크기가 파장과 일치하는 장애물 주위로 파동이 휘어지는 결과를 낳습니다. 장애물의 크기가 파장보다 훨씬 크면 회절이 약합니다. 거시적 장애물에서는 소리, 지진파 및 전파의 회절이 관찰되며 1cmkm입니다. 빛의 회절을 관찰하려면 장애물의 크기가 훨씬 작아야 합니다. 음파의 회절은 집 모퉁이에 있는 사람의 목소리를 듣는 능력을 설명합니다. 지구 표면 주변의 전파 회절은 방출 안테나의 가시선을 훨씬 넘어서는 장파 및 중파 범위의 무선 신호 수신을 설명합니다.

파동의 회절에는 간섭이 수반되어 회절 패턴이 형성되고 최대 강도와 최소 강도가 교대로 나타납니다. 빛이 교대로 평행한 투명 및 불투명 줄무늬 세트(1mm당 최대 1000개)인 회절 격자를 통과하면 회절 패턴이 화면에 나타나며 최대 위치는 방사선의 파장에 따라 달라집니다. . 이를 통해 회절 격자를 사용하여 방사선의 스펙트럼 구성을 분석할 수 있습니다. 결정질 물질의 구조는 3차원 회절 격자와 유사합니다. 물질 입자(원자, 이온, 분자)가 규칙적으로 배열된 결정을 통해 X선 방사선, 전자 또는 뉴런 빔이 통과하는 동안 회절 패턴을 관찰하면 구조의 특징을 연구할 수 있습니다. . 원자간 거리의 특성값은 d~10 -10 m이며, 이는 사용된 방사선의 파장에 해당하며 결정학 분석에 필수 불가결합니다.

빛의 회절은 광학 기기(망원경, 현미경 등)의 해상도 한계를 결정합니다. 해상도(두 개체가 별도로 표시되고 병합되지 않는 두 개체 사이의 최소 거리)가 해결됩니다. 회절로 인해 점광원(예: 망원경의 별)의 이미지가 원으로 나타나므로 가까운 물체가 해상되지 않습니다. 분해능은 파장을 포함한 다양한 매개변수에 따라 달라집니다. 즉, 파장이 짧을수록 분해능은 더 좋습니다. 이러한 이유로 광학현미경으로 관찰되는 물체의 크기는 빛의 파장(약 0.5μm)에 의해 제한됩니다.

빛의 간섭과 회절 현상은 홀로그래피에서 영상을 기록하고 재생하는 원리의 바탕이 됩니다. 1948년 D. Gabor(1900 – 1979)가 제안한 방법은 간섭성 광선으로 물체와 사진판을 조명하여 얻은 간섭 패턴을 기록합니다. 결과 홀로그램은 물체와 전혀 유사하지 않은 교대로 나타나는 밝은 점과 어두운 점으로 구성됩니다. 그러나 기록에 사용된 것과 동일한 광파의 홀로그램에서 회절을 통해 실제 물체에서 산란된 파동을 재구성하고 3개의 빛을 얻을 수 있습니다. -차원적인 이미지.

양극화– 횡파에만 나타나는 현상입니다. 광파(및 기타 전자기파)의 횡방향 특성은 진동하는 전기() 및 자기 유도() 전계 강도 벡터가 파동의 전파 방향에 수직이라는 사실로 표현됩니다. 동시에, 이들 벡터는 서로 수직이므로 빛의 편광 상태를 완전히 설명하려면 그 중 하나만의 동작을 알아야 합니다. 기록 장치에 대한 빛의 영향은 빛 벡터라고 불리는 전계 강도 벡터에 의해 결정됩니다.

자연 방사선원에서 방출되는 빛의 파장 в.й. 많은 독립 원자는 극성을 띠지 않습니다. 자연 광선의 빛 벡터()의 진동 방향은 연속적이고 무작위로 변경되며 파동 속도 벡터에 수직으로 유지됩니다.

빛 벡터의 방향이 변하지 않은 빛을 일반적으로 선형 편광이라고 합니다. 분극은 벡터 진동의 순서입니다. 대표적인 것이 고조파이다. 빛을 편광하기 위해 편광판이라는 장치가 사용되며, 그 작용은 빛의 반사 및 굴절 과정의 특성과 결정 상태의 물질의 광학 특성의 이방성에 기반을 둡니다. 편광판을 통과하는 빔의 빛 벡터는 편광판 평면이라는 평면에서 진동합니다. 편광된 빛이 두 번째 편광판을 통과할 때, 편광판이 회전함에 따라 투과된 광선의 강도가 변하는 것을 알 수 있습니다. 편광이 두 번째 편광판의 평면과 일치하면 빛은 흡수 없이 장치를 통과하고, 편광의 진동 평면이 두 번째 편광판의 평면에 수직일 때 결정이 90도 회전할 때 빛에 의해 완전히 지연됩니다. .

빛의 편광은 다양한 과학 연구 및 기술 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 이는 현미경 연구, 녹음 과정, 광학 위치 측정, 고속 촬영 및 사진 촬영, 식품 산업(당질 측정) 등에 사용됩니다.

분산- 주파수(파장)에 대한 파동 전파 속도의 의존성. 전자기파가 매질 속에서 전파될 때, -

분산은 파동이 전파되는 매체의 물리적 특성에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 진공에서는 전자파가 분산되지 않고 전파되지만, 물질 매질에서는 지구의 전리층과 같은 희박한 환경에서도 분산이 발생합니다. 소리와 초음파도 분산을 나타냅니다. 매체에서 전파되면 신호를 분해해야 하는 서로 다른 주파수의 고조파가 서로 다른 속도로 전파되어 신호 모양이 왜곡됩니다. 광 분산은 빛의 주파수(파장)에 대한 물질의 굴절률의 의존성입니다. 주파수(파장)에 따라 빛의 속도가 변하면 굴절률도 변합니다. 분산의 결과로 서로 다른 주파수의 많은 파동으로 구성된 백색광이 투명한 삼각 프리즘을 통과할 때 분해되어 연속(연속) 스펙트럼이 형성됩니다.
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이 스펙트럼에 대한 연구는 I. Newton(1672)이 광 분산을 발견하도록 이끌었습니다. 특정 스펙트럼 영역에서 투명한 물질의 경우 굴절률은 주파수가 증가함에 따라(파장이 감소함) 증가하며, 이는 스펙트럼의 색상 분포에 해당합니다. 굴절률은 보라색 빛(=0.38μm)의 경우 가장 높으며 빨간색 빛(=0.76μm)의 경우 굴절률이 가장 낮습니다. 대기 중 햇빛의 전파와 물 입자(여름) 및 얼음(겨울)의 굴절 중에 유사한 현상이 자연에서 관찰됩니다. 이것은 무지개 또는 태양 후광을 만듭니다.

도플러 효과.도플러 효과는 파동원과 관찰자의 상대적인 움직임으로 인해 관찰자(수신기)가 인지하는 파동의 주파수나 길이가 변화하는 현상입니다. 파동 속도 유매체의 특성에 따라 결정되며 소스나 관찰자가 움직여도 변하지 않습니다. 관찰자 또는 파동의 근원이 매질에 대한 속도로 움직이는 경우, 주파수는 V수신되는 파도가 달라집니다. 동시에 K. Doppler(1803 – 1853)가 확립한 것처럼 관찰자가 소스에 접근하면 파동의 주파수가 증가하고 멀어지면 감소합니다. 이는 파장의 감소에 해당합니다. λ 소스와 관찰자가 가까워지고 증가하면 λ 서로 제거될 때. 음파의 경우 도플러 효과는 음원과 관찰자가 가까워지면 소리의 피치가 증가하는 것으로 나타납니다(1 비서관찰자는 더 많은 수의 파동을 인지하고, 파동이 멀어지면 그에 따라 소리의 톤도 감소합니다. 도플러 효과는 위에서 설명한 "적색 편이"도 유발합니다. - 움직이는 소스에서 나오는 전자기 복사의 주파수를 낮추는 것입니다. 이 이름은 스펙트럼의 가시 부분에서 도플러 효과의 결과로 선이 빨간색 끝으로 이동한다는 사실에 기인합니다. "적색 편이"는 예를 들어 무선 범위와 같은 다른 주파수의 방출에서도 관찰됩니다. 주파수 증가와 관련된 반대 효과를 일반적으로 파란색(또는 보라색) 이동이라고 합니다. 천체 물리학에서는 우주론과 중력의 두 가지 "적색 이동"이 고려됩니다. 우주론적(메타은하)은 모든 먼 소스(은하, 퀘이사)에 대해 관찰되는 "적색 편이"라고 합니다. 방사선 주파수의 감소는 이러한 소스가 서로, 특히 우리 은하로부터의 거리, 즉 비정상성을 나타냅니다. (확장) 메타은하. 은하계의 “적색편이”는 1912~14년에 미국의 천문학자 W. Slipher에 의해 발견되었습니다. 1929년에 E. 허블은 먼 은하의 경우 그 크기가 가까운 은하의 것보다 크고 대략 거리에 비례하여 증가한다는 사실을 발견했습니다. 이로써 은하의 상호 거리(산란) 법칙을 확인할 수 있게 됐다. 이 경우 허블의 법칙은 다음과 같은 형식으로 작성됩니다.

당신 = 시간; (3.14)

(유은하계가 멀어지는 속도이다. 아르 자형- 그것까지의 거리, N -허블 상수). 은하가 적색편이로부터 멀어지는 속도를 결정함으로써 은하까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 이 공식을 사용하여 은하 외 물체까지의 거리를 결정하려면 허블 상수의 수치를 알아야 합니다. N.이 상수에 대한 지식은 우주론에서도 매우 중요합니다. 우주의 "나이"를 결정하는 것이 이와 관련되어 있습니다. 20세기 초반에 허블 상수의 값이 채택되었습니다. N =(3 – 5)*10 -18초 -1 , 역수 티 = 1/H = 180억년. 중력의 "적색 편이"는 시간 속도가 느려지는 결과이며 중력장(일반 상대성 이론의 효과)으로 인해 발생합니다. 이 현상은 아인슈타인 효과 또는 일반화된 도플러 효과라고도 합니다. 이 현상은 1919년부터 처음에는 태양 복사에서 관찰되었고 그 다음에는 다른 별에서도 관찰되었습니다. 어떤 경우에는(예를 들어 중력 붕괴 동안) 두 가지 유형의 "적색 편이"가 관찰되어야 합니다.

파동의 물리적 성질기계적
탄력있는
표면에
액체
전자기
빛
엑스레이
소리
전파
지진의

기계적 파동은 공간에서 전파되는 물질 입자의 진동입니다.

동일한 위상으로 진동하는 파동이 전파되는 매질의 지점을 파면이라고 합니다.

기계적 파동이 발생하려면 두 가지 조건이 필요합니다.

파동의 전파방향과 매질의 점의 진동방향을 비교함으로써 종파와 횡파를 구분할 수 있습니다.

여기된 매질의 진동 방향이 파동의 전파 방향과 평행한 파동을 종파라고 합니다.

여기된 매질의 점 진동 방향이 파동의 전파 방향에 수직인 파동을 횡파라고 합니다.

액체 표면의 파동은 세로 방향도 아니고 가로 방향도 아닙니다. 따라서 액체 표면의 파동은

액체 표면의 원형파

기계적 파동의 성질

파동이 한 매체에서 다른 매체로 전달되어 0과 다른 특정 각도로 두 매체 사이의 경계면에 떨어지면

파도는 크기가 길이에 비례하는 장애물 주위로 휘어질 수 있습니다. 파동이 장애물 주위로 휘어지는 현상을 회절이라고 합니다.

동일한 주파수와 일정한 위상차로 진동하는 파원을 간섭성이라고 합니다. 어떤 파도가 만들어낸 것처럼

소리는 기체, 액체, 고체로 전파되는 탄성파이며 인간과 동물의 귀로 감지됩니다. 기계적 파동

소리를 들으려면 다음이 필요합니다.

매질의 입자가 가청 범위보다 낮은 주파수에서 진동하는 탄성 매질에서 발생하는 기계적 파동

매질의 입자가 가청 범위보다 높은 주파수에서 진동하는 탄성 매질에서 발생하는 기계적 파동