Συμβολή (φυσική)

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Εικόνα συμβολής κυμάτων σε επιφάνεια υγρού

Συμβολή ονομάζεται η ταυτόχρονη διάδοση δύο κυμάτων στην ίδια περιοχή του μέσου[1]. Για να παρατηρηθούν φαινόμενα συμβολής θα πρέπει οι κυματικές πηγές να είναι σύμφωνες, δηλαδή να έχουν ίδια ακριβώς συχνότητα και μονοχρωματικές, δηλαδή να εκπέμπουν αποκλειστικά κύμα μίας συγκεκριμένης συχνότητας και μήκους κύματος[2]. Η συμβολή συναντάται συχνά στις τηλεπικοινωνίες. Οι περιπτώσεις συμβολής στις ασύρματες επικοινωνίες είναι από τις κυριότερες αιτίες που οδηγεί σε διαλείψεις δηλαδή αλλοιώσεις του λαμβανόμενου σήματος

Ενισχυτική και καταστρεπτική συμβολή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ενισχυτική και καταστρεπτική συμβολή

Δύο κύματα που διαδίδονται ταυτόχρονο στην ίδια περιοχή του μέσου μπορούν να συμβάλλουν είτε ενισχυτικά είτε καταστρεπτικά. Αν στην ίδια περιοχή του χώρου συναντηθούν κύματα που βρίσκονται στην ίδια φάση το αποτέλεσμα είναι ενισχυτική συμβολή ενώ αν στην ίδια περιοχή του χώρου συναντηθούν κύματα που έχουν διαφορά φάσης 180° το αποτέλεσμα είναι καταστρεπτική συμβολή. Γενικά ισχύει πως για να έχουμε ενισχυτική συμβολή πρέπει η διαφορά φάσης των δυο κυμάτων να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του 2π ενώ για να έχουμε καταστροφική συμβολή θα πρέπει η διαφορά φάσης των δυο κυμάτων να είναι περιττό πολλαπλάσιο της γωνίας π. Πιο απλά αν στο ίδιο σημείο του χώρου συναντηθούν ταυτόχρονα δύο κυματικές κορυφές ή δύο κυματικά ελάχιστα το αποτέλεσμα είναι διπλασιασμός του πλάτους της κορυφής ή των ελαχίστων, επομένως είναι ενισχυτικό. Αν στο ίδιο σημείο του χώρου όμως συναντηθεί ελάχιστο με κορυφή το αποτέλεσμα είναι τα δύο κύματα να αλληλοαναιρεθούν και το αποτέλεσμα είναι καταστρεπτικό[2][3].

Πειραματική μελέτη της συμβολής[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πείραμα του Young
Εικόνα συμβολής κυμάτων από δύο σχισμές

Η συμβολή παρατηρήθηκε με το πείραμα των δύο σχισμών του φυσικού Τόμας Γιανγκ (Thomas Young) το 1801[4], το οποίο επιβεβαίωσε την κυματική φύση του φωτός. Σύμφωνα με το πείραμα του Γιανγκ το φως μίας μονοχρωματικής πηγής προσπίπτει σε ένα διάφραγμα στο οποίο είναι χαραγμένες δύο παράλληλες πολύ λεπτές σχισμές. Το αποτέλεσμα είναι να σχηματίζεται στο πέτασμα (σε μία οθόνη) πίσω από τις σχισμές μία εικόνα από εναλλασσόμενες φωτεινές και σκοτεινές ζώνες. Το σχέδιο που δημιουργείται ονομάζεται εικόνα συμβολής και αποτελείται από διαδοχικούς φωτεινούς και σκοτεινούς κροσσούς, τους κροσσούς συμβολής. Όπως είδαμε παραπάνω αν στην ίδια περιοχή του χώρου συναντηθούν κύματα που βρίσκονται στην ίδια φάση το αποτέλεσμα είναι ενισχυτική συμβολή ενώ αν στην ίδια περιοχή του χώρου συναντηθούν κύματα που έχουν διαφορά φάσης 180° το αποτέλεσμα είναι καταστρεπτική συμβολή. Ισχύει δηλαδή:

\Delta \phi = \begin{cases} 2n\pi ,& \epsilon \nu \iota \sigma . \\ (2n+1)\pi  ,& \kappa\alpha\tau .\end{cases}

ή αλλιώς για την διαφορά δρόμων των ακτίνων από κάθε σχισμή σε ένα σημείο ισχύει:

r_1 - r_2 = \begin{cases} n\lambda,& \epsilon \nu \iota \sigma . \\ (n+\frac{1}{2})\lambda,& \kappa\alpha\tau .\end{cases}

Από την παραπάνω σχέση προκύπτει ότι η ενισχυτική συμβολή στο πείραμα με τις δύο σχισμές ακολουθεί την παρακάτω συνθήκη:

\frac{n\lambda}{d} = \frac{x}{L} \quad\Leftrightarrow\quad{n}{\lambda}=\frac{xd}{L}\;,

όπου

λ το μήκος κύματος του φωτός,
d το πάχος της σχισμής
x η απόσταση ανάμεσα στον παρατηρούμενο φωτεινό κροσσό από τον κεντρικό
n ο αύξων αριθμός του παρατηρούμενου φωτεινού κροσσού από τον κεντρικό
L η απόσταση μεταξύ σχισμών και οθόνης.

Με την βοήθεια της τελευταίας σχέσης μπορούμε να υπολογίσουμε το μήκος κύματος μίας άγνωστης δέσμης πραγματοποιώντας το πείραμα του Γιανγκ[2].

Συμβολή σε λεπτούς υμένες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Συμβολή σε υμένα φυσαλίδας

Το φαινόμενο της συμβολής παρατηρείται επίσης σε λεπτούς υμένες (πολύ λεπτές μεμβράνες όπως η επιφάνεια μίας φυσαλίδας). Το κύμα αλλάζει φάση 180° κατά την ανάκλαση, όταν διαδίδεται σε μέσο χαμηλού δείκτη διάθλασης και ανακλάται από μέσο μεγαλύτερου δείκτη διάθλασης. Επομένως όταν ένα κύμα διαπερνά έναν υμένα ένα μέρος του κύματος ανακλάται στην επιφάνεια του με αλλαγή φάσης 180° και ένα μέρος του διαπερνά την επιφάνεια του και ανακλάται στην δεύτερη διαχωριστική επιφάνεια του υμένα με αποτέλεσμα να εξέρχεται τελικά με διεύθυνση παράλληλη με την πρώτη ανακλώμενη δέσμη. Οι δύο δέσμες που συναντώνται στην επιφάνεια του υμένα μπορούν να συμβάλλουν είτε ενισχυτικά είτε καταστρεπτικά ανάλογα με το πάχος του υμένα, του μήκους κύματος του φωτός και την γωνία με την οποία προσπίπτει το φως στην μεμβράνη. Αν το φως που προσπίπτει στην μεμβράνη δεν είναι μονοχρωματικό αλλά φυσικό τότε παρατηρούνται ιριδισμοί στην επιφάνεια της μεμβράνης, κάτι που παρατηρείται σε φυσαλίδες ή σε κυλίδες λαδιού πάνω σε επιφάνειες νερού.

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Φυσική θετικής και τεχνολογικής κατεύθυνσης Γ΄ λυκείου, ΟΕΔΒ
  2. 2,0 2,1 2,2 Physics - Raymond A. Serway, τόμος ΙΙ
  3. Θεμελιώδης πανεπιστημιακή φυσική - Αλόνσο Φινν
  4. Ιστορία της φυσικής, Thomas Young and the Nature of Light

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Θεμελιώδης πανεπιστημιακή φυσική - Αλόνσο Φινν
  • Physics - Raymond A. Serway, τόμος ΙΙ
  • Φυσική θετικής και τεχνολογικής κατεύθυνσης Γ΄ λυκείου, ΟΕΔΒ

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]