شكست موج از سطوح مایل
به نظر شما وقتی تَپ تخت به صورت مایل از محیطی وارد محیط دیگر شود، چه اتفاقی برای آن روی می دهد؟
برای مهیّا شدن چنین شرایطی تیغه شیشه ای ضخیمی را طوری در تشتك آب قرار می دهیم كه نسبت به تَپ (موج) تابیده مایل باشد. از قبل می دانیم كه طولِ موج در بخش كم عمق كمتر از طولِ موج در بخش عمیق است.
در فیلم زیر به عبور موج توجّه كنید. آیا پدیده شكست را می بینید؟
برای مشاهده فیلم روی شکل زیر کلیک کنید.
برای مشاهده فیلم روی شکل زیر کلیک کنید.
در تصویر زیر چنین شرایطی نشان داده شده است.
اگر مایل باشید عبور موج از محیطی به محیط دیگر بررسی كنید، اینجا کلیک کنید و فایل index را بازکنید.
وقتی امواج مستقیم به مرز بین دو محیط برخورد می كنند، مستقیم باقی می مانند. اما جهت انتشار آن ها تغییر می كند. جهت جدید از جهت تَپ اوّلیه به خط عمود بر مرز (بین دو محیط) نزدیكتر است.
چنین شرایطی را وقتی نور از محیط هوا وارد آب می شد دیده بودید.
اما آیا در این جا نیز قاعده‌ای بین زاویه امواج شكست یافته با امواج تابیده شده وجود دارد؟
در این جا ما به كمك اندازه طولِ موج ها و دقت در زوایای شكست و تابش متوجّه روابط مثلثاتی خاصی می شویم. البته به این موضوع توجّه كنید كه زاویه تابش یا فرود برابر با زاویه میان نوكه موج فرودی و مانع است. همچنین، زاویه شكست برابر با زاویه میان نوكه موج شكسته و مانع می باشد.
اكنون دو جبهه موج متوالی كه در مانع شكسته شده‌اند را رسم می‌كنیم.
در این جا نیازی نیست كه خطوط عمودی را رسم كنیم زیرا زاویه های i و r قبلاً در رسم ظاهر شده اند. بنا به تعریف داریم:
با حذف AB از روابط فوق خواهیم داشت:
اما از قبل می دانیم كه 
است. f برابر بسامد موج و v سرعت موج می باشد. بنابراین رابطه فوق را بدین شكل نیز می توان نوشت:
این رابطه خیلی شبیه رابطه اِسنِل در نور است.
در حقیقت این همان رابطه اِسنِل است!
پس ملاحظه می كنید كه پدیده اختلاف سرعت موج در دو محیط باعث می شود كه وقتی موج از محیطی به محیط دیگر (به صورت مایل) وارد می شود، جهت و راستای موج تغییر كند.
اما به نظر شما آیا در هنگام عبور موج از محیطی به محیط دیگر فقط پدیده شكست روی می دهد؟
آیا مشابه پدیده بازتاب جزئی نور، در انتشار امواج از محیطی به محیط دیگر بازتاب جزئی نیز روی می دهد؟
از قبل می دانیم همه نوری كه به مرز میان دو محیط برخورد می كند شكسته نمی شود و بخشی از نور ( حتی اگر هر دو محیط شفاف باشند. ) بازتاب می كند. در مورد امواج نیز همین طور است.
در شكل زیر اندازه موج بازتابیده نسبتاً كوچك است. اما اگر خوب دقت كنید می توانید آن را ببینید. بنابراین نتیجه می گیریم، تا آن جا كه به شكست مربوط است، امواج درست همان خواصی را دارند كه برای توصیف رفتار نور داشتیم.
مرکز یادگیری (مدرسه اینترنتی) سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: سمیرا بادامستانی
