Фронт волны, волновая поверхность, принцип Гюйгенса.
Распространяясь от источника колебаний, волновой процесс охватывает все новые и новые пространства. Геометрическое место точек пространства, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется фронтом волны. Фронт волны представляет ту поверхность, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли.
Если источник возмущений очень мал (точечный источник) и скорость распространения возмущения во все стороны одинакова (изотропная среда), то, очевидно, что фронт волны должен иметь вид сферической поверхности с центром, который располагается в точке расположения источника. В этом случае волна называется сферической.
Плоской называется волна, которая имеет плоский фронт волны. Такие волны образуются точечными источниками, удаленными в бесконечность (образуется параллельный пучок лучей) или протяженным источником.
Рис.4.3 |
Распространение света в среде можно объяснить с помощью принципа Гюйгенса, который устанавливает способ построения фронта волны в момент времени по известному положению фронта волны в момент времени t. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка пространства, до которой в данный момент времени доходит волновое движение, служит источником вторичных сферических волн. Огибающая этих волн дает положение фронта волны в следующий момент времени. На рисунке 4.3 изображен процесс распространения волны с помощью перемещения фронта волны. Предполагается, что среда, в которой распространяется волна, является неоднородной. Поэтому скорость распространения волны в нижней части рисунка больше, чем в верхней.
Фронт волны всегда перемещается вдоль направления нормали к фронту. Направление, по которому распространяется волна, называется лучом, т.е. фронт волны и луч всегда взаимно перпендикулярны. Процесс распространения волны можно представить перемещением фронта волны.
Геометрическое место точек, колеблющихся в одной фазе, называется волновой поверхностью. Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченного волновым процессом. Следовательно, волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время как фронт волны в каждый момент времени только один. Фронт волны также является волновой поверхностью. Форма волновой поверхности всегда совпадает с формой фронта волны.
Пусть на плоскую преграду с отверстием падает параллельный ей фронт волны. По Гюйгенсу каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит центром вторичных волн, которые в однородной и изотропной среде будут сферическими. Построив огибающую
(рис.4.4)
Рис.4.4
вторичных волн, мы убеждаемся в том, что за отверстием волна проникает в область геометрической тени, огибая края преграды (на рисунке границы этой области показаны пунктиром).
Дата добавления: 2017-10-04; просмотров: 3819;