 | Эта статья может потребовать очистки, чтобы соответствовать стандартам качества Википедии . ( Декабрь 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В физике , А пульсация бак представляет собой неглубокий стеклянный резервуар воды , используемый , чтобы продемонстрировать основные свойства волн . Это специализированная форма волнового резервуара . Пульсации бака, как правило , освещается сверху, так что свет светит через воду. Некоторые небольшие резервуары пульсации помещаются на верхнюю часть диапроектора , т.е. они освещаются снизу. Рябь на воде проявляется в виде теней на экране под резервуаром. Могут быть продемонстрированы все основные свойства волн, включая отражение , преломление , интерференцию и дифракцию .
Колебания могут возникать из-за того, что кусок дерева подвешен над резервуаром на резинках так, что он просто касается поверхности. К дереву прикручен двигатель , к оси которого прикреплен смещенный по центру вес. Когда ось вращается, двигатель раскачивается, сотрясая дерево и создавая рябь.
Демонстрация свойств волны [ править ]
Ряд волновых свойств можно продемонстрировать с помощью резервуара пульсации. К ним относятся плоские волны , отражение, преломление, интерференция и дифракция.
Плоские волны [ править ]
Когда рипплер опускается так, чтобы он едва касался поверхности воды, образуются плоские волны.
Крупный план рипплера - коричневый прямоугольник представляет собой колеблющуюся лопасть.
Круговые волны [ править ]
Когда рипплер прикреплен с помощью точечного сферического шара и опущен так, чтобы он едва касался поверхности воды, образуются круговые волны.
Отражение [ править ]
Демонстрация отражения и фокусировки зеркал [ править ]
Поместив металлический стержень в резервуар и постучав по деревянному стержню, можно направить на металлический стержень импульс трех из четырех волн. Рябь отражается от бара. Если стержень расположен под углом к фронту волны, можно увидеть, что отраженные волны подчиняются закону отражения. Угол падения и угол отражения будет тем же самым .
Если используется вогнутое параболическое препятствие, импульс плоской волны сходится в точке после отражения. Эта точка является фокусом зеркала. Круговые волны можно создать, опустив одну каплю воды в резервуар пульсации. Если это сделать в фокусе «зеркала», плоские волны будут отражаться обратно.
Преломление [ править ]
Если в резервуар поместить лист стекла, глубина воды в резервуаре над стеклом будет меньше, чем где-либо еще. Скорость волны в воде зависит от глубины, поэтому рябь замедляется по мере прохождения по стеклу. Это приводит к уменьшению длины волны . Если стык между глубокой и мелкой водой находится под углом к фронту волны , волны будут преломляться. На диаграмме выше видно, что волны изгибаются к нормали. Нормаль показана пунктирной линией. Пунктирная линия - это направление, в котором волны двигались бы, если бы они не встретились с наклонным осколком стекла.
На практике показать рефракцию с помощью резервуара с рябью довольно сложно.
- Стеклянный лист должен быть достаточно толстым, а вода над ним должна быть как можно более мелкой. Это максимизирует разницу глубин и, следовательно, вызывает большую разницу скоростей и, следовательно, больший угол.
- Если вода слишком мелкая, эффекты вязкого сопротивления заставляют рябь исчезать очень быстро.
- Стекло должно иметь гладкие края, чтобы минимизировать блики по краям.
Дифракция [ править ]
Если на пути ряби помещено небольшое препятствие и используется медленная частота, тени не будет, так как рябь преломляется вокруг нее, как показано ниже справа. Более высокая частота может привести к появлению тени, как показано ниже справа. Если в резервуар поместить большое препятствие, вероятно, будет наблюдаться тень.
Если в бак помещается препятствие с небольшим зазором, рябь появляется почти в виде полукруга. Однако, если зазор велик, дифракция гораздо более ограничена. Маленький в данном контексте означает, что размер препятствия сопоставим с длиной волны ряби.
Дифракция на сетке [ править ]
Явление идентично рентгеновская дифракция от рентгеновских лучей от атомной кристаллической решетки также можно видеть, таким образом , демонстрируя принципы кристаллографии . Если опустить сетку препятствий в воду, с расстоянием между препятствиями, примерно соответствующим длине волны волн на воде, вы увидите дифракцию от сетки. При определенных углах между сеткой и набегающими волнами будет казаться, что волны отражаются от сетки; под другими углами волны будут проходить. Точно так же, если частота (длина волны) волн изменяется, волны также будут попеременно проходить или отражаться, в зависимости от точного соотношения между расстоянием, ориентацией и длиной волны.
Вмешательство [ править ]
Помехи могут возникать при использовании двух ковшей, прикрепленных к основной полосе пульсации. На диаграммах ниже слева светлые области представляют гребни волн, черные области - впадины. Обратите внимание на серые области: это области деструктивной интерференции, где волны от двух источников нейтрализуют друг друга. Справа - фотография двухточечной интерференции, возникающей в круглом резервуаре пульсации.
См. Также [ править ]
- Капиллярная волна
- PSSC Physics - новаторский учебник физики для средней школы, в котором широко использовались резервуары пульсации для иллюстрации волн.
- Уравнения мелкой воды
- Волновой танк
Ссылки [ править ]
- Брейтхаупт, Джим (2000) Новое понимание физики для продвинутого уровня, страницы 309–312, Нельсон Торнс. ISBN 9780748743148 .
Внешние ссылки [ править ]
- Как настроить и использовать Ripple Tank
- Модель Ripple Tank с открытым исходным кодом для Java