Golfdiffractie en voorbeelden

De Golfdiffractie Het is de afwijking van de richting waarin de golven zich verspreiden wanneer ze een obstakel vinden, wat een solide object of een opening kan zijn. Door het obstakel te beïnvloeden, vervormt de golf het en omringt het. Maar om het effect goed te worden gewaardeerd, is het noodzakelijk dat de grootte van het obstakel vergelijkbaar is met die van de golflengte.

Het fenomeen van golfdiffractie wordt verklaard volgens het Huygens -principe, ontdekt door de Nederlandse fysicus Christian Huygens in 1678. Het stelt dat wanneer de verstoring een medium bereikt, elk punt ervan zich gedraagt ​​als een emitter van nieuwe golven, van gelijke snelheid en frequentie als het origineel.

De figuur toont de diffractie van een vlakke golffront in twee gevallen: a) De opening is groter dan de golflengte (links) en het golf front kruist het zonder nauwelijks te vervormen en b) de golflengte en golflengte en de opening zijn vergelijkbaar, de golf front is gevouwen, een bolvormig front worden. Bron: Wikimedia Commons.

Op deze manier is er continu een nieuwe golffront, die kan worden gevisualiseerd door de envelop van elke uitgegeven secundaire golf te tekenen.

Natuurlijk heeft deze golffront oneindige punten, maar precies in de plaats van het obstakel is er een enkele golffront die fungeert als een emitter, waardoor het voor de golf mogelijk is.

[TOC]

Voorbeelden van diffractie

Diffractie is een karakteristiek fenomeen van alle golven, inclusief lichte en akoestische golven. Als een straal van deeltjes wordt geactiveerd naar een scherm dat met openingen is voorzien, gedraagt ​​de straal zich niet op dezelfde manier dat een golf bijvoorbeeld als licht zou worden gemaakt, omdat de stroom van deeltjes niet zou vervormen om door het obstakel of de Opening ingediend, maar zou doorgaan in een rechte lijn.

Het kan u van dienst zijn: Transmittance: wat is, moleculair energiediagram en lichaamsbeweging

De eerste die het fenomeen ervaren en documenteren van de diffractie van het licht was de Italiaanse wetenschapper en priester Francesco María Grimaldi (1618-1663), en ook die hem zijn naam gaf.

Project zonlicht in een donkere kamer

Zoals Grimaldi deed, kan worden geverifieerd dat het zonlicht binnen een donkere kamer passeert en het op de muur projecteert door een karton voorzien van een klein gat of sleuf, de lichte vlek is groter dan groter dan de verwacht.

Het is ook te zien dat de randen niet duidelijk zijn en hoewel het niet zo eenvoudig is om te observeren, hebben de kusten in de schaduw een diffuus streeppatroon. Maar als monochromatisch licht wordt gebruikt, zoals degene die uit een laser komt, is er een meer gemarkeerd streeppatroon.

De diffractie van het licht is niet zo duidelijk als die van het geluid of die van de golven van de zee, omdat het, om te voorkomen dat het obstakel of de opening een lengte heeft die vergelijkbaar is met die van de golflengte. Het zichtbare licht heeft golflengten tussen 400-700 nanometer (1 nanometer = 10^-9 meters).

Daarom, hoe dichter de spleet waardoor het licht dat wordt geprojecteerd op de muur of het scherm wordt gemaakt, het is duidelijker dat er geen abrupte verandering is tussen het verlichte en het donkere gebied.

De elektronische microscoop

Elektronische microscoop in een histologielaboratorium

Lichtdiffractie is een beperking voor optische microscoop. Wanneer een object kleiner is dan de golflengte van het licht, is er geen manier om het te zien, omdat de diffractie het beeld van het object volledig vervaagt.

Kan u van dienst zijn: Microscopische schaal: eigenschappen, teldeeltjes, voorbeelden

Dat is de reden waarom wetenschappers elektronen gebruiken om zeer kleine structuren te verlichten, omdat de golflengte van een elektronenstraal minder is dan die van licht. Het gebeurt dat elektronen een dubbele aard hebben en zich als golven kunnen gedragen.

Diffractie van de golven van de zee

De diffractie van de golven van de zee wordt duidelijk waargenomen bij het passeren tussen de rotsen in Blue Lagoon, Wales, ten zuidwesten van het Verenigd Koninkrijk. Bron: Wikimedia Commons.

De diffractie van de zeegolven is duidelijk te zien rond de rotsen en de kleine eilanden, vooral wanneer de afstand tussen deze rotsen erg lijkt op de golflengte die de golven hebben.

Röntgendiffractie

Diffractie komt niet alleen voor bij zichtbaar licht, maar ook met de rest van het elektromagnetische spectrum. Bij het tussenliggen van een kristallijne structuur vóór een x -ray -straal, produceert de diffractie die ze ervaren een patroon dat afhankelijk is van die structuur.

Deze diffractie is te wijten aan de interactie tussen de x -reeks en de buitenste elektronen van de glasatomen.

Dierencommunicatie

Veel dieren communiceren met elkaar die geluiden uitzenden die, vanwege hun lage frequentie, onhoorbaar zijn voor mensen. Het hoorbare assortiment mensen is erg breed en oscilleert tussen 20 en 20.000 Hz, maar dieren zoals de Afrikaanse olifant kunnen geluiden uitzenden met frequenties onder de 20 Hz.

Het fenomeen helpt hen te communiceren door de enorme Afrikaanse savannes, omdat hoe lager de frequentie, hoe meer akoestische golven verschillen zijn. Wanneer deze stenen, bomen en struiken vinden, wordt het ene deel weerspiegeld in het obstakel en het andere breidt het obstakel uit en vult het medium onmiddellijk op zijn pad.

U kunt u van dienst zijn: de derde wet van Newton: aanvragen, experimenten en oefeningen

Dit helpt de pack -leden gemakkelijk voor elkaar te worden gevonden.

Maar niet alleen pachiderms maken gebruik van deze geluidseigenschap, maar ook neushoorn, giraffen en krokodillen kunnen lage frequentiegeluiden gebruiken. Zelfs het gebrul van de Tigers bevat lage frequenties, die volgens experts bijdragen aan het verlammen van de dam.

Mist

Het zijn sprekers die dienen om schepen te begeleiden in gebieden waar mist goed zicht voorkomt. Evenzo hebben de schepen deze sprekers om te waarschuwen voor hun aanwezigheid en zo ongevallen te voorkomen.

FOG -luidsprekers stoten lage frequentiegeluiden uit, dat wil zeggen ernstige noten, omdat zoals hierboven uitgelegd, lage frequentiegeluiden meer dan hoge frequentie zijn en ook grotere afstanden afleggen.

De laatste is te wijten aan het feit dat de verzwakking van de geluidsgolf lager is naarmate de frequentie lager is. Om deze reden gaan de acute geluiden sneller verloren dan de serieuze, een andere reden waarom de olifanten zeer lage frequentie -geluiden gebruiken om te communiceren.

Radio Am Vs. FM

Klok van een AM- en FM -radiospeler

Radiogolven kunnen diffractie ervaren als gevolg van obstakels zoals heuvels, bergen en grote gebouwen. De AM-band heeft lange golflengten (180-550 meter) in vergelijking met de meestal gevonden obstakels.

Daarom verschillen ze gemakkelijker dan die van FM, wiens golflengte slechts een paar meter kan zijn. Deze wijken niet zo goed af wanneer ze gebouwen tegenkomen, waardoor het op sommige gebieden moeilijk te ontvangen is.

Referenties

1. Bauer, W. 2011. Fysica voor engineering en wetenschappen. 1 en 2 delen. MC Graw Hill.
2. Boundless Physics. Diffractie. Hersteld van: cursussen.Lumenarning.com.
3. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Conceptuele fysieke wetenschap. 5e. ED. Pearson.
5. Rex, a. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
6. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1-2. Pearson.
7. Serway, r., Jewett, J. 2008. Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1-2. 7e. ED. Cengage leren.