سلام به همه کنکوریای عزیز 🖐🖐
در این مطلب به بررسی پراش و تداخل امواج از فصل چهارم فیزیک دوازدهم می پردازیم.
برای مطالعه مبحث اثر دوپلر بر روی مبحث کلیک کنید.
برای مطالعه مبحث شکست امواج بر روی مطلب کلیک کنید.
برای مطالعه مبحث بازتاب امواج بر روی مطلب کلیک کنید.
ویژگی های مطلب
🔵درسنامه و نکات🔵
🔵5 تست شناسنامه دار و سطح بندی شده🔵
🔵پاسخ تشریحی تست ها در فایل ضمیمه🔵
🔵فیلم آموزشی برای فهم بیشتر🔵
رتبه 408 منطقه 1 کنکور 1400
دانشجوی مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
پراش
هر وقت در مسیر یک موج مانع یا شکافی باشد، ممکن است موج از خود رفتار خاصی نشان دهد که به آن پراش می گوییم.
شرط پدیده پراش: اگر ابعاد مانع یا شکاف در محدوده طول موج فرودی باشد، پدیده پراش رخ می دهد.
نکته: هرچه ابعاد شکاف به طول موج نزدیکتر باشد پدیده پراش شدید تر خواهد بود.
نکاتی در مورد پراش
1- پراش هم در هنگام عبور موج از شکاف و هم هنگام عبور موج از یک لبه تیز اتفاق می افتد.
2- پدیده پراش برای همه انواع موج(مکانیکی و الکترومغناطیسی) رخ می دهد.
3- اگر چند موج با بسامد ها و طول موج های مختلف به یک شکاف با پهنای مشخص بتابند، موجی که کمترین بسامد و بیشترین طول موج را درد، بیشتر دچار پراش می شود و گسترش بیشتری دارد.
4- در هنگام عبور موجی با طول λ از یک شکاف به پهنای a هر چه نسبت λ/a بزرگتر باشد، پراش شدیدتر خواهد بود.
تداخل امواج در یک بعد
اصل بر هم نهی
وقتی دو یا چند موج هم زمان به نقطه ای از فضا برسند و اصطلاحا هم پوشانی کنند، همگی بر روی آن نقطه تاثیر می گذارند و ما برآیند آن هارا می بینیم ولی این موج ها برای یکدیگر مزاحمتی ایجاد نمی کنند و همگی به سلامت از آن نقطه عبور می کنند و به راهشان ادامه می دهند.به هم پوشانی و ترکیب دو یا چند موج که در یک لحظه از یک نقطه عبور می کنند، تداخل می گوییم یه با اصل بر هم نهی موج توجیه می شود. تداخل می تواند سازنده و یا ویرانگر باشد.
تداخل سازنده
اگر تیپ ها هنگام هم پوشانی، جا به جایی بزرگ تری ایجاد بکنند، تداخل سازنده است. در لحظه هم پوشانی کامل جا به جایی محیط بیشینه است.
برای فهم بیشتر تداخل سازنده به ویدئو در آخر مطلب مراجعه کنید.
تداخل ویرانگر
اگر در هنگام تداخل، دو تپ اثر همدیگر را خنثی کنند و در محل هم پوشانی جا به جایی کوچک تری ایجاد کنند، تداخل ویرانگر است. وقتی یک قله و یک دره با هم تداخل کنند، تداخل ویرانگر است.
تداخل امواج در دو بعد
بهترین روش برای آن که تداخل امواج در سطح آب را ببینیم، این است که با دو گوی کوچک به طور هم زمان و هم بسامد بر سطح آب ضربه بزنیم.در نقاطی که دو جبهه دره به هم می رسند، تداخل سازنده است و سطح آب بیشترین جابجایی را دارد.
تداخل امواج سه بعدی
امواج صوتی نیز می توانند تداخل کنند. آزمایشی را در نظر بگیرید که در آن دو بلندگو که به یک مولد سیگنال الکتریکی متصل اند، امواج سینوسی هم بسامدی را در فضا منتشر می کنند. با حرکت دادن میکروفون در امتداد خط فرضی نشان داده شده در شکل که در فاصله مناسبی از بلندگوها قرار دارد، مشاهده می شود که بلندی صدا به طور متناوب کم و زیاد می شود.
در شکل بالا، فاصله هر نقطه S از نقطه L مجاورش با طول موج رابطه مستقیم دارد. یعنی هرچه طول موج بیشتر باشد، فاصله نقطه S از نقطه L مجاورش بیشتر می شود.
اختلاف فاصله نقاط L (صدای بیشینه) از دو بلندگو مضرب صحیحی از λ است.
اختلاف فاصله نقاط S (صدای کمینه) از دو بلندگو مضرب فردی از λ/2 است.
آزمایش یانگ
شکل زیر طرحی از آزمایش یانگ برای تداخل امواج نوری را نشان می دهد. نور حاصل از یک چشمه تک فام بر یک شکاف می تابد. نور پس از عبور از این شکاف، پراشیده می شود آنگاه از دو شکاف عبور می کند و مجددا پراشیده می شود. موج های حاصل، با یکدیگر تداخل می کنند و نقش حاصل از این تداخل را می توان روی پرده ای که در ناحیه سمت راست دو شکاف قرار دارد مشاهده کرد.
نکات
نوار های روشن، حاصل تداخل سازنده جبهه های هم فاز هستند. در ضمن اختلاف فاصله نوار های روشن تا دو شکاف برابر مضرب صحیحی از طول موج ( nλ ) است.
نوار های تاریک حاصل تداخل ویرانگر جبهه های مخالف هستند. هم چنین اختلاف فاصله وسط این نوار ها دو شکاف برابر مضرب فردی از طول موج (λ/2 (2n-1))است.
سوال 1(آسان- آزمون کانون 99)
چه تعداد از گزاره های زیر نادرست است؟
الف) در پدیده پراش، به ازای یک طول موج مشخص، هر چه پهنای شکاف کوچکتر باشد، پراش بارزتر است.
ب) پدیده پراش، فقط برای امواج الکترومغناطیسی رخ می دهد.
ج) اگر آزمایش یانگ را به جای هوا در آب انجام دهیم، پهنای هر نوار بزرگ تر می شود.
د) صوت یک موج مکانیکی است که بر خلاف موج های سطحی آب، تداخل نمی کند.
1)صفر
2) 1
3) 2
4) 3
سوال 2(آسان-آزمون کانون 99)
دو موج مشابه هم راستا، هم دامنه و هم بسامد در خلاف جهت یکدیگر منتشر می شوند و از بر هم نهی آن ها، موج ایستاده ای ایجاد می شود. اگر تندی انتشار هر یک از دو موج V و دامنه A فرض شود، الزاما کدام گزینه درست است؟
1) در کل شکم ها دامنه A است.
2) موج ایستاده ای نیز با تندی V به چپ و راست منتقل می شود.
3) در نقطه ای که دو موج در فاز مخالف یکدیگر باشند، تداخل سازنده روی داده و شکم تشکیل می شود.
4) سرعت انتشار موج ایستاده صفر است.
سوال3 (متوسط- کنکور ریاضی 95)
دوچشمه موج هم فاز و هم بسامد، در یک محیط همگن، موج منتشر می کنند و طول موج برابر 20 سانتی متر است. در این محیط، فاصله نقطه M از این دو چشمه به ترتیب 50 سانتی متر و 80 سانتی متر است. دو موجی که هم زمان به نقطه M می رسند، نسبت به هم چه وضعیتی دارند و بر هم نهی دو موج در این نقطه چگونه است؟
1) هم فازند - سازنده
2) در فاز مخالف اند – ویرانگر
3) هم فازند – ویرانگر
4) در فاز مخالف اند - سازنده
سوال4(متوسط-آزمون کانون 99)
در آزمایش یانگ، پهنای هر نوار روشن در هوا برابر 0.6 میلی متر است. اگر این آزمایش را بدون تغییر شرایط، یک بار در آب با ضریب شکست 4/3 و بار دیگر با ضریب شکست 3/2 انجام دهیم، اختلاف اندازه ی پهنای نوار روشن در این دو آزمایش چند میلی متر خواهد بود؟
1) 0.1
2)0.01
3)0.5
4)0.05
سوال5(متوسط- کنکور ریاضی 97)
اگر آزمایش یانگ را بدون تغییر چشمه نور و بدون تغییر فاصله ها در دستگاه آزمایش، به جای هوا در آّ انجام دهیم، فاصله بین دو نوار روشن متوالی چند برابر می شود؟ (4/3=آبn )
1) 3/8
2) 2/3
3)3/4
4) 4/3
پاسخ تشریحی تست ها در فایل ضمیمه موجود می باشد.
