נגישות
headline
Error processing SSI file




גלים ותכונותיהם


גל מים דו-מימדי - עקיפה ועקרון הויגנס

בפרק הקודם הראינו, תוך שימוש באמבט מים, כיצד מתקבלות תופעות של החזרה ושל שבירה בגל דו-ממדי. בנוסף, גם הגענו למסקנה ששתי תופעות אלו, כפי שנצפו באמבט המים, זהות בתוצאותיהן לתופעות ההחזרה והשבירה של אור הידועות לנו מאופטיקה גיאומטרית.

בפרק זה נכיר ונלמד שתי תופעות מעניינות וחשובות אחרות שניתן לצפות בהן בגל הדו-ממדי הנוצר באמבט המים. אלו הן תופעות של עקיפה ושל התאבכות. מכיוון שכבר הגענו למסקנה כי קיים קשר בין מה שנצפה בגלי האמבט ובין האור נוכל לנחש כי תופעות אלו קיימות גם עבור אור וננסה להדגים אותן גם עבורו.

עקיפה


תופעת עקיפה של גל מתרחשת כאשר הוא מגיע למחסום כלשהו המונע את המשך דרכו בקו ישר, אך בכל זאת מצליח לעבור הלאה, לעקוף את המכשול ולהגיע לאזור שאליו לא יכול היה להגיע באופן ישיר.

דוגמה אחת לתופעת העקיפה היא הקמת מחסום קטן החוסם את המעבר הישיר של הגל לאזור מסוים באמבט. נעורר גל ישר באמבט המים ונראה כיצד דרכו של החלק האמצעי של הגל נחסמת על-ידי מחסום קטן המוצב באמצע האמבט. למרות זאת, הגל מבצע עקיפה של המחסום ומתאחד אחריו ומגיע לאזור בבריכה אליו לא יכול היה להגיע באופן ישיר.

עקיפה של מחסום


דוגמה אחרת לתופעת העקיפה היא מעבר של גל דרך פתח הנמצא במחסום שאינו מאפשר מעבר לגל כולו, למעט לחלק קטן ממנו הנמצא מול הפתח.

נקים מחסום באמבט המים, אשר יש בו פתח רחב באמצעו. אנחנו נתחיל את ניסיוננו בפתח רחב ואחר נקטין אותו עד לפתח צר. נעורר גל ישר לפני המחסום אשר ינוע לעבר המחסום. כאשר הגל מגיע למחסום הוא ברובו נתקל בדופן בלתי עבירה ומבצעה החזרה. חלק הגל הנמצא מול הפתח הרחב ממשיך לנוע הלאה באין מפריע ונפרד משאר הגל, תוך שהוא שומר על צורתו כגל ישר.

עקיפה מבעד פתח


נקטין את הפתח במידה משמעותית ונראה כיצד הגל המועבר הלאה מאבד מאופיו כגל ישר ומתחיל להתעקל בשני צידיו. אם נקטין את הפתח עד לכדי פתח צר מאוד נקבל תופעה מעניינת. חלק קטן מאוד מהגל מצליח לעבור דרך הפתח הצר, אך מעבר לפתח הצר נוצר גל מעגלי הממשיך לנוע הלאה.

עקיפה מבעד פתח צר מאוד


בשני המקרים, גם של גל העוקף מחסום על-ידי מעבר סביבו וגם של גל העובר דרך פתח העקיפה מתבטאת בהגעת הגל לאזור שאליו אין הוא יכול להגיע באופן ישיר (בקו ישר).

אך מדוע בעקיפה של מכשול צר מתקבל גל מעגלי?

הסבר לתופעה זו ניתן בעזרת עיקרון הויגנס.

עיקרון הויגנס


עיקרון הוגינס טוען שקו חזית הגל מורכב מאינספור מקורות גל נקודתיים ומעגליים. כדי לקבל את קו החזית הבאה של הגל יש להעביר קו המחבר ומשיק לכל החזיתות של אותן מקורות גל נקודתיים.

למשל, גל ישר נוצר מאינספור מקורות גל נקודתיים ומעגליים הנמצאים זה ליד זה בקו ישר.

מבנה גל ישר לפי עיקרון הויגנס


תוך שימוש בעיקרון הויגנס נוכל להסביר גם את המתקבל בתופעת העקיפה. כאשר הגל הישר מגיע לפתח הצר רק מעט מאוד מקורות גל נקודתיים המרכיבים את חזית הגל הישר יכולים להמשיך הלאה. הקו המחבר והמשיק לחזיתות של מקורות גל נקודתיים אלו מתעוות בשל כך בקצוות. ככל שהפתח יהיה צר יותר כך חזית הגל המועברת דרכו תהיה דומה יותר ויותר לחזית של מקור גל נקודתי בודד.

עקיפה לפי עיקרון הויגנס


[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - גלים ותכנותיהם : מהו גל | גל רוחב וגל אורך | גל חד-ממדי | גל מחזורי הרמוני | גל מים דו-ממדי - החזרה ושבירה | גל מים דו-ממדי - עקיפה ועקרון הויגנס | גל מים דו-ממדי - התאבכות | גל מים דו-ממדי - ניתוח מתמטי | סיכום ]