נגישות
headline
Error processing SSI file




גלים ותכונותיהם


גל מים דו-מימדי - החזרה ושבירה

אמבט מים

עד עתה למדנו על גל מחזורי הרמוני המתפשט במימד אחד בלבד. האור מתפשט בצורה גלית לכל עבר, לכן כדי ללמוד על תופעת האור נצטרך להרחיב את ידיעתנו על גלים דו-ממדיים. למידה על גלים דו-ממדיים, כפי שמייד נראה, תגלה לנו תופעות ייחודיות ומעניינות חדשות לגבי הגלים.

כדי לערוך ניסויים בגלים דו-ממדיים ניעזר באמבט מים. באמבט המים נוכל ליצור גל מחזורי הרמוני אשר יתפשט על פני המים מקצה אחד של האמבט לקצהו האחר. נוכל ליצור באמבט גל מעגלי או גל ישר. גל מעגלי הוא גל המתפשט במרחב בחזיתות שצורתם מעגל שמרכזו מונח בנקודה אחת. גל ישר הוא גל המתפשט במרחב בחזיתות שהינם קווים ישרים. בעזרת כלים נוספים נוכל ליצור באמבט המים תנאים לתופעות אותן נרצה לחקור ולבחון.

החזרה


ניצור באמבט המים גל ישר ונניח לו להתקדם עד למחסום המונח בזווית ביחס לכיוון התקדמות הגל. כאשר הגל הישר יגיע למחסום ויפגע בו הוא יוחזר ממנו בזווית החזרה השווה לזווית הפגיעה (שתי הזוויות נמדדות ביחס לאנך למחסום).

החזרה של גל ישר


נשים לב שהתקבלה כאן תוצאה המקיימת את חוק ההחזרה הנלמד באופטיקה גיאומטרית של קרן אור הפוגעת במשטח החזרה.

אם נחזור על תהליך הניסוי עבור גל מעגלי נקבל תוצאה זהה. בגלל העקמומיות של הגל המעגלי יקל עלינו במקרה זה לבחון את המקרה הפרטי של החזרה בזווית פגיעה אפס. במקרה פרטי זה הגל המוחזר נע על קו התקדמות הגל הפוגע, רק בכיוון התקדמות הפוך.

החזרה של גל מעגלי


שבירה


ראינו שהגל באמבט המים מציית לחוק ההחזרה מאופטיקה גיאומטרית. כעת נשאלת השאלה האם הוא גם מציית לחוק השבירה מאופטיקה גיאומטרית ואם כן, כיצד נוכל להדגים זאת?

כדי להדגים את חוק השבירה נצטרך שגל המים יעבור בין שני תווכים שונים, כך שבכל מהם הוא ינוע במהירות שונה. זאת בדומה לאור הנע במהירות שונה בתווכים שונים (הערה: מהירות האור היא קבועה לפי תורת היחסות בריק).

נוכל להשיג באמבט המים שני אזורי תווך שונים בעזרת יצירת אזור של מים רדודים בו. באזור המים הרדודים הגל יאלץ להאט את מהירות התקדמות. ניצור במים העמוקים גל ישר הנע לעבר המים הרדודים בזווית פגיעה ונראה כיצד מתנהג הגל בהגיעו לקו הגבול שבין המים העמוקים ובין המים הרדודים. בקו הגבול הגל נשבר וחלקו מועבר לאזור המים הרדודים בעוד חלקו האחר מוחזר לפי תהליך ההחזרה שהכרנו קודם.

הגל העובר לאזור הרדוד נכנס אליו בזווית שבירה מסוימת התלויה במספר גורמים כמו זווית הפגיעה, גובה המים הרדודים ועוד.

מסקנה היא שתופעת השבירה של הגל באמבט המים מזכירה מאוד את תופעת השבירה של האור עליה למדנו באופטיקה גיאומטרית

[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 ]