Відбивання від різних перешкод

Відбивання від різних перешкод

У цьому досліді досліджують відбивання хвиль на воді від плоскої стінки, а також від увігнутого відбивача.

При цьому можна спостерігати відомі з геометричної оптики закони відбивання.

За допомогою увігнутого відбивача можна показати, що плоскі хвилі збираються приблизно в одній точці - фокусі. Колові хвилі, що виходять із цього фокуса, відбиваються приблизно як плоскі.

Попередні знання

Для відбивання світла справджується закон відбивання:
коли світло відбивається від поверхні, кут падіння дорівнює кутові відбивання. Падаючий промінь, перпендикуляр падіння і відбитий промінь лежать в одній площині. Закон відбиваннязастосовують у багатьох оптичних системах.

Навчальна мета

Саме тому в цьому досліді учня докладно знайомлять із явищем відбивання.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

www.gyphy.com - Reflection

У цьому досліді досліджують відбивання хвиль на воді від плоскої стінки, а також від увігнутого відбивача.

При цьому можна спостерігати відомі з геометричної оптики закони відбивання.

За допомогою увігнутого відбивача можна показати, що плоскі хвилі збираються приблизно в одній точці - фокусі. Колові хвилі, що виходять із цього фокуса, відбиваються приблизно як плоскі.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від дзеркала

Хвильовий фронт (1), утворений збудником плоских хвиль, частково затінюється перешкодою (2) і потрапляє на відбивний плоский об'єкт (3).

• Збудник плоских хвиль закріплюють на внутрішньому блоці збудника, підводять до нижнього краю хвильової ванни і ретельно юстують (збудник і поверхня води паралельні).
• Обидві перепони (190 мм і 71 мм) кладуть у хвильову ванну відповідно до рисунка.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від увігнутого дзеркала

• На приладі встановлюють частоту приблизно від 20 Гц до 25 Гц.
• Амплітуду слід вибрати так, щоб вийшла виразна й неспотворена хвильова картина.
• Спершу спостерігають хвильову картину для випадку, коли відбивна перешкода (перепона 190 мм) утворює з набігаючими хвилями кут 45° (рисунок).
• Потім відбивач ставлять в інші положення і знову спостерігають хвильову картину.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від увігнутого дзеркала

Необов'язково:

Щоб наочніше показати чинність закону, радимо вирізати прозору плівку за внутрішніми розмірами хвильової ванни. На плівці маркером креслять положення перешкод, а також кути падіння й відбивання за законом відбивання, і кладуть плівку під хвильову ванну. Потім відбивну перешкоду кладуть точно на позначку на плівці. Так особливо виразно видно збіг геометрично побудованих напрямків поширення хвиль зі спостережуваними.

Окремий знімок відповідно до схеми

• Коли відбивна перешкода повернута на 45° відносно набігаючих хвиль, хвилі відбиваються перпендикулярно (90°) до напрямку свого падіння.
• І для інших орієнтацій відбивної стінки кут падіння і кут відбивання щоразу однакові - за законом відбивання геометричної оптики.
• Виразно видно зону інтерференції між падаючою і відбитою плоскими хвилями, і справджується, що кут падіння дорівнює кутові відбивання хвильового цугу.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від увігнутого дзеркала

Хвильовий фронт (1), утворений збудником плоских хвиль, потрапляє на увігнуту перешкоду (2) і відбивається у вигляді колових хвиль.

Ці колові хвилі сходяться у фокусі (3).

• Складають так само, як у досліді 1, тільки цього разу в хвильову ванну кладуть увігнутий відбивач відповідно до рисунка.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від плоского дзеркала

• Після ретельного юстування збудника плоских хвиль кнопкою «Pulse» на приладі створюють одиничний хвильовий цуг.
• За цим цугом можна визначити фокус увігнутого відбивача.
• Тепер відбивач слід посунути так, щоб фокус відбитих хвиль лежав на уявному продовженні важеля збудника.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від плоского дзеркала

• Потім збудник плоских хвиль знімають і замінюють наконечником для збудження колових хвиль, розмістивши наконечник у місці визначеного раніше фокуса.
• Кнопкою «Pulse» знову створюють кілька хвильових цугів і спостерігають відбиті від перешкоди хвилі.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від плоского дзеркала

• Плоскі хвилі відбиваються від увігнутого дзеркала як колові.
• Гребені й западини йдуть концентричними колами до одного центру.
• Колові хвилі, що виходять із цього центру, після відбивання полишають дзеркало приблизно як плоскі.

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від плоского дзеркала

Схема для відбивання плоских хвиль на воді від увігнутого дзеркала