Ang phenomenon ng diffraction ay katangian ng ganap na anumang wave, halimbawa, electromagnetic waves o waves sa ibabaw ng tubig. Ang artikulong ito ay nagsasalita tungkol sa diffraction ng tunog. Ang mga tampok ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay isinasaalang-alang, ang mga halimbawa ng pagpapakita nito sa pang-araw-araw na buhay at paggamit ng tao ay ibinigay.
Sound wave
Bago isaalang-alang ang diffraction ng tunog, ito ay nagkakahalaga ng pagsasabi ng ilang salita tungkol sa kung ano ang sound wave. Ito ay isang pisikal na proseso ng paglilipat ng enerhiya sa anumang materyal na daluyan nang walang gumagalaw na bagay. Ang wave ay isang harmonic vibration ng matter particles na nagpapalaganap sa isang medium. Halimbawa, sa hangin, ang mga vibrations na ito ay humahantong sa paglitaw ng mga lugar na may mataas at mababang presyon, habang sa isang solidong katawan, ang mga ito ay mga lugar na ng compressive at tensile stress.
Ang isang sound wave ay kumakalat sa isang medium sa isang tiyak na bilis, na depende sa mga katangian ng medium (temperatura, density, at iba pa). Sa 20 oC sa hangin, ang tunog ay naglalakbay sa humigit-kumulang 340 m/s. Isinasaalang-alang na ang isang tao ay nakakarinig ng mga frequency mula 20 Hz hanggang 20 kHz, posibleng matukoykatumbas na paglilimita ng mga wavelength. Upang gawin ito, maaari mong gamitin ang formula:
v=fλ.
Kung saan ang f ay ang dalas ng mga oscillation, λ ang kanilang wavelength, at ang v ay ang bilis ng paggalaw. Ang pagpapalit sa mga numero sa itaas, lumalabas na ang isang tao ay nakakarinig ng mga alon na may mga wavelength mula 1.7 sentimetro hanggang 17 metro.
Ang konsepto ng wave diffraction
Ang sound diffraction ay isang phenomenon kung saan yumuko ang wavefront kapag nakatagpo ito ng opaque obstacle sa daanan nito.
Ang isang kapansin-pansin na pang-araw-araw na halimbawa ng diffraction ay ang sumusunod: dalawang tao ang nasa magkaibang silid ng isang apartment at hindi nagkikita. Kapag ang isa sa kanila ay sumigaw ng isang bagay sa isa, ang pangalawa ay nakakarinig ng isang tunog, na parang ang pinagmulan nito ay nasa pintuan na nagdudugtong sa mga silid.
Mayroong dalawang uri ng sound diffraction:
- Pagyuko sa isang balakid na ang mga sukat ay mas maliit kaysa sa wavelength. Dahil nakakarinig ang isang tao ng medyo malalaking wavelength ng sound wave (hanggang 17 metro), ang ganitong uri ng diffraction ay madalas na matatagpuan sa pang-araw-araw na buhay.
- Baguhin ang harap ng alon habang dumadaan ito sa isang makitid na butas. Alam ng lahat na kung iiwan mong medyo nakaawang ang pinto, kung gayon ang anumang ingay mula sa labas, na tumatagos sa makitid na puwang ng bahagyang nakabukas na pinto, ay mapupuno ang buong silid.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng diffraction ng liwanag at ng tunog
Dahil ang pinag-uusapan natin ay ang parehong phenomenon, na hindi nakadepende sa likas na katangian ng mga wave, ang mga sound diffraction formula ay eksaktong kapareho ng para sa liwanag. Halimbawa, kapag dumaan sa isang siwang sa isang pinto, maaaring magsulat ng isang kundisyon para sa pinakamababang katulad ng para sa diffraction. Fraunhofer sa isang makitid na agwat, iyon ay:
sin(θ)=mλ/d, kung saan m=±1, 2, 3, …
Narito d ang lapad ng puwang ng pinto. Tinutukoy ng formula na ito ang mga lugar sa silid kung saan hindi maririnig ang tunog mula sa labas.
Ang mga pagkakaiba sa pagitan ng sound at light diffraction ay puro quantitative. Ang katotohanan ay ang wavelength ng liwanag ay ilang daang nanometer (400-700 nm), na 100,000 beses na mas mababa kaysa sa haba ng pinakamaliit na sound wave. Ang kababalaghan ng diffraction ay malakas na ipinakita kung ang mga sukat ng alon at ang mga hadlang ay malapit. Dahil dito, sa halimbawang inilarawan sa itaas, dalawang tao, na nasa magkaibang silid, ay hindi nagkikita, ngunit nakakarinig.
Diffraction ng maikli at mahabang alon
Sa nakaraang talata, ang formula para sa diffraction ng tunog sa pamamagitan ng slit ay ibinigay, sa kondisyon na ang harap ng alon ay patag. Mula sa formula makikita na sa isang pare-parehong halaga ng d, ang mga anggulo θ ay magiging mas maliit, mas maikli ang mga alon λ ay babagsak sa slot. Sa madaling salita, mas malala ang pagkakaiba ng mga maiikling alon kaysa sa mahaba. Narito ang ilang totoong buhay na halimbawa upang suportahan ang konklusyong ito.
- Kapag ang isang tao ay naglalakad sa kalye ng lungsod at pumunta sa isang lugar kung saan tumutugtog ang mga musikero, una niyang naririnig ang mababang frequency (bass). Habang papalapit siya sa mga musikero, nagsimula siyang makarinig ng mas matataas na frequency.
- Ang kulog ng kulog, na nangyari hindi kalayuan mula sa nagmamasid, ay tila medyo mataas (hindi malito sa intensity) kaysa sa kaparehong gulong ilang sampu-sampung kilometro ang layo.
Ang paliwanag para sa mga epektong binanggit sa mga halimbawang ito ay ang higit na kakayahan ng mababang frequency ng tunog na mag-diffract at ang kanilang mas mababang kakayahang ma-absorb kumpara sa matataas na frequency.
Ultrasonic na lokasyon
Ito ay isang paraan ng pagsusuri o oryentasyon sa lugar. Sa parehong mga kaso, ang ideya ay upang maglabas ng mga ultrasonic wave (λ<1, 7 cm) mula sa pinagmulan, pagkatapos ay ipakita ang mga ito mula sa bagay na pinag-aaralan at pag-aralan ang sinasalamin na alon ng receiver. Ang pamamaraang ito ay ginagamit ng tao upang pag-aralan ang may sira na istraktura ng mga solidong materyales, upang pag-aralan ang topograpiya ng kalaliman ng dagat, at sa ilang iba pang mga lugar. Gamit ang ultrasonic na lokasyon, ang mga paniki at dolphin ay nag-navigate sa kalawakan.
Sound diffraction at ultrasonic location ay dalawang magkaugnay na phenomena. Kung mas maikli ang wavelength, mas malala ang pagkakaiba nito. Bukod dito, ang resolusyon ng natanggap na nakalarawan na signal ay direktang nakasalalay sa haba ng daluyong. Ang phenomenon ng diffraction ay hindi nagpapahintulot sa isa na makilala ang pagitan ng dalawang bagay, ang distansya sa pagitan ng kung saan ay mas mababa kaysa sa haba ng diffracted wave. Para sa mga kadahilanang ito, ito ay ultrasonic sa halip na sonic o infrasonic na lokasyon ang ginagamit.
