Difractia undelor de apa la o fante si la un obstacol

Difractia undelor de apa la o fante si la un obstacol

In experimentul Difractia undelor de apa la o fante si la un obstacol, se studiaza difractia undelor drepte de apa atunci cand acestea lovesc fante si obstacole de diferite latimi. O fante care are o latime mai mica decat lungimea de unda actioneaza ca un excitator punctiform pentru unde circulare. Daca latimea fantei este semnificativ mai mare decat lungimea de unda, undele drepte trec prin fanta in mare masura nemodificate. Undele circulare mai slabe se propaga doar in zonele umbrite din spatele marginilor. Cand latimea fantei este apropiata de lungimea de unda, se formeaza un model clar de difractie, cu un maxim principal lat inconjurat de maxime secundare laterale.

Atunci cand undele lovesc un obstacol, cele doua margini ale obstacolului actioneaza ca centri de excitatie pentru unde circulare. Modelul rezultat din difractie depinde in mare masura de latimea obstacolului.

Obiectivele experimentului:

• Investigarea difractiei undelor drepte de apa la fante de diferite latimi.
• Investigarea difractiei undelor drepte de apa la obstacole de diferite latimi.

Principii:

Undele din spatele unui obstacol sau fante nu se propaga doar in directia lor originala. Putem observa, de asemenea, fenomenele de difractie care au fost discutate in experimentul “Principiul lui Huygens pentru undele de apa” (P1.6.4.2). Fiecare punct in planul fantei, precum si marginile fantei sau ale obstacolului actioneaza ca centri de excitatie punctiforma pentru unde circulare, numite si “undelete lui Huygens”, care se suprapun. In acest proces, amplitudinile se intaresc in anumite puncte (creand maxime) si, in altele, se atenueaza sau chiar se anuleaza complet (creand minime). Fenomenul de interferenta in orice punct este o functie a decalajului de faza dintre undele care interfera in acel punct (vezi “Interferenta cu doua fascicule ale undelor de apa” (P1.6.5.1)

Pentru a demonstra fenomenele de difractie si interferenta la o fanta si in spatele unor obstacole, sunt generate unde drepte intr-o tava umpluta cu apa, care lovesc fante si obstacole drepte unul dupa altul. Latimile diferite ale fanelor sunt realizate folosind o diafragma (pentru obtinerea unei fante largi) si doua lame de acoperire. Undele circulare se formeaza in spatele unei fante mici (latimea fantei este mai mica decat lungimea de unda). Daca fanta este putin mai larga decat lungimea de unda, minimele sunt formate pe langa maximele principale. Atunci cand se foloseste o fanta cu o latime semnificativ mai mare decat lungimea de unda, undele drepte trec nemodificate intre marginile fantei. In aceasta zona, undeletele nu au diferente de faza intre ele. Undele circulare mai slabe patrund in zona umbrita a marginilor. Acest experiment ilustreaza modul in care difractia se manifesta in cazul undelor de apa in prezenta unor fante si obstacole si reprezinta o modalitate fascinanta de a observa proprietatile complexe ale undelor.