פיזיקה תיכונית/קרינה וחומר/גלים/גלים דו-מימדיים
מבוא
[עריכה]לכל גל יש מספר תכונות שייחודיות לו (בניהם: אורך הגל, משרעת , תדירות , זמן מחזור ועוד... ). בפרק הזה יוסברו שלושת המאפיינים- קרן, מקור ההפרעה/גל וחזית גל. בנוסף, יוסבר עיקרון הויגנס שיתאר את תנועת הגל במרחב.
מקור גל
[עריכה]- לכל גל יש מקור שמהווה את הגורם להפרעה שיוצרת את הגל עצמו.
כשמקור גל מתחיל ליצור גלים במרחב, הגלים מתפשטים לכל הכיוונים (ב-360 מעלות), בתנועה עולה ויורדת שמזכירה את מראה הפונקציה - למקור הגל יש תדירות שבה הוא יוצר גלים, כלומר מספר הפעמים שבהן מחזור חוזר על עצמו ביחידת זמן. התדירות נמדדת ביחידות של הרץ (כל אחד לשנייה) והיא מושפעת ישירות מהפעילות של מקור הגל, לדוגמא- כאשר נוגעים עם היד במקור מים כלשהו, הנגיעה יוצרת גל, תדירות הגל במקרה הזה מושפעת מקצב ומספר הפעמים שתוציא ותכניס לסירוגין את היד למים, וכך יווצרו גלים.
- מאפיין חשוב נוסף שלו הוא המשרעת, שמוגדרת כגודל ההפרעה המקסימלי, או שיא גובה הגל. גם המשרעת מושפעת ישירות ממקור הגל.
קרן גל
[עריכה]קרן גל הינו קו מתמטי (חץ) דמיוני שמהווה את כיוון התקדמות ההפרעה ומקורו במקור הגל. ניתן לשרטט אינסוף קרניים לכל גל.
חזית גל
[עריכה]- אוסף כל הנקודות בעלות אותו מופע (פאזה) בגל, כלומר גל יחיד הנוצר מהפרעה אחת.
באדום- כיוון התפשטות הגל, בירוק- חזיתות הגל, בכחול- מקור הגל, λ- אורך הגל - כל נקודה בחזית נוצרת מההפרעה, ולכן כל הנקודות הנוצרות מאותה הפרעה מהוות חזית גל אחת.
- כל הנקודות בחזית מסוימת מגיעות למשרעת באותו זמן בדיוק.
- בגל מישורי, חזית הגל היא מישור (קו ישר) ובגל מעגלי, חזית הגל היא מעטפת מעגלית.
- בכל נקודה על התווך (החומר שבו נוצרים הגלים), הקרן והחזית מאונכים, בכל הנקודות.
תרשים מרכיבי הגל העיקריים
[עריכה]
תרשים זה מייצג את המרכיבים של אדוה במים ( תגובה לחפץ אשר נגע במיים ונוצרת הפרעה במים ) שהיא גל דו מימדי . כאשר חזית הגל היא ההפרעה אשר מתפשטת למרחק כאשר החפץ פוגע במים . והמקור הוא החפץ הפוגע במים וכיוון ההתקדמות \ הקרן הוא לכיוון המתרחק מהמקור אבל עובר דרכו ( כמו רדיוס במעגל כאשר המקור הוא מרכז המעגל).
עיקרון הויגנס
[עריכה]לפי עיקרון הויגנס, אפשר להתייחס לכל נקודה בחזית גל כמקור חדש של גלים מעגליים חדשים:
- כל נקודה שמופרעת על ידי מעבר של גל דרכה הופכת למקור של גל מעגלי (האיור למטה)
- הגל הכולל, המתקדם במרחב, הוא תוצאת התאבכות של כל הגלים המעגליים והוא נקרא "גל משנה".
העיקרון מסביר את הסיבה שלאחר עקיפה, הגל יוצר צורה מעגלית.
תופעת ההתאבכות
[עריכה]
תופעת השבירה בעיקרון הויגנס
[עריכה]לפי עיקרון הויגנס, במעבר מתווך אחד לתווך אחר, על כל אחת מנקודות המעבר של חזית הגל על הקטע המפריד בין התווכים, נוצרים גלים מעגליים. אותם גלים חדשים מתאבכים ובונים גל מעגלי חדש. במעבר בין התווכים נוצרת זווית שבירה אשר נגזרת מחוק סנל והיא הזווית בין הכיוון המאונך לחזית הגל הפוגע לבין הכיוון המאונך לחזית הגל הנשבר.מתוך ויקיפדיה: "עיקרון הויגנס"
קישורים להדמיות של עקרון הויגנס
[עריכה]תרגילים
[עריכה]1. הראה איך ימשיך הגל לאחר המעבר בסדקים.
2.הראה איך ימשיך הגל אחרי הפגיעה בתווך וסמן את זווית השבירה.
3. הראה איך ימשיך הגל לאחר המעבר בסדק.
4. הראה איך היה הגל לפני מעבר בסדק הראשון, ואחרי המעבר בסדק השני.
5. ענה על ההיגדים הבאים ורשום נכון / לא נכון:
- כל נקודה החזית נוצרת מהפרעה, לכן כל הנקודות מאותה הפרעה מהוות חזית גל אחת.
- ישנן נקודות על התווך בהן הקרן והחזית אינם מאונכים.
- המשרעת הינה שיא גובה הגל והיא אינה מושפעת ישירות ממקור הגל.
- כל נקודות בחזית מסוימת מגיעות למשרעת באותו הזמן.
- לפי עקרון ויגנס, גל הכולל מתקדם במרחב הוא תוצאת עקיפה של כל הגלים המעגליים.
סרטוני הסברים נוספים
[עריכה]מודל הגלים הדו ממדים:
https://www.youtube.com/watch?v=kB63mA2IDR8
עיקרון הויגנס:
https://www.youtube.com/watch?v=ANsHXbIoA6U
https://www.youtube.com/watch?v=_03sfhb7Mvg
https://www.youtube.com/watch?v=wSFfTM4jAwk
הפרעות בגלים: