Böjning av mekaniska vågor

Vi ska i den här lektionen fortsätta att titta på egenskaper hos mekaniska vågor, och nästa fenomen kallas böjning eller diffraktion. Det kan kort beskrivas som att då plana vågor träffar ett hinder med en öppning i kommer vågorna att böjas av. Detta leder till att vågorna sedan sprids radiellt efter hindret. Det innebär att de utbreder sig cirkulärt (två dimensioner) på t ex en vattenyta, eller sfäriskt (tre dimensioner) i t ex luft. Om du vill repetera hur sfäriska vågor breder ut sig så kika på lektionen om ljudstyrka. 

Vi tittar på vad som händer då plana vattenvågor träffar ett hinder med en bred öppning. När de plana vågorna stöter på hindret ser vi att i mitten av öppningen fortsätter de plana vågorna att utbreda sig i princip rakt framåt, precis som vår intuition säger oss. Men om vi tittar vid öppningens kanter ser vi att där böjs de plana vågorna av något, och utbreder sig snett uppåt och nedåt.

Minskar vi öppningens storlek, till samma storleksordning som de plana vågornas våglängd, ser vi att fenomenet blir mycket tydligare.

Det visar sig att ju smalare öppningen är i relation till våglängden desto kraftigare blir diffraktionen (böjningen). Vi kan lite förenklat utgå från att när öppningens bredd  $d$d  är lika med eller mindre än våglängden  $λ$λ  får vi radiell diffraktion, dvs om  $d\leλ$d≤λ .

Om öppningen är i samma storleksordning som våglängden, skapas alltså på andra sidan hindret radiella vågor med cirkelns eller sfärens centrum i själva öppningen.  Öppningen kan då ses som en enskild vågkälla, en punktkälla. Detta kommer att bli viktigt i nästa lektion, som handlar om interferens mellan vågor från två punktkällor.

Huygens princip

Ett sätt att förklara varför det blir på det här sättet är att använda Huygens princip, som är uppkallad efter den nederländske vetenskapsmannen Christiaan Huygens. Principen innebär att varje punkt på en vågfront ses som en källa till en ny liten våg (sekundärvåg) som utbreder sig radiellt i samma hastighet som den primära vågen. Några av dessa punkter är markerade som röda prickar i figuren.

Om den primära vågen är plan bildar sekundärvågorna tillsammans en resulterande plan vågfront (genom interferens) som vi då upplever som en ny plan våg.

Som vi såg tidigare böjs de plana vågorna av när de stöter på ett hinder, och sekundärvågorna bildar nu istället en resulterande våg som utbreder sig radiellt.

Kommentarer