Die verskynsel van diffraksie is kenmerkend van absoluut enige golwe, byvoorbeeld elektromagnetiese golwe of golwe op die oppervlak van water. Hierdie artikel praat oor die diffraksie van klank. Die kenmerke van hierdie verskynsel word oorweeg, voorbeelde van die manifestasie daarvan in die alledaagse lewe en menslike gebruik word gegee.
Klankgolf
Voordat die diffraksie van klank oorweeg word, is dit die moeite werd om 'n paar woorde te sê oor wat 'n klankgolf is. Dit is 'n fisiese proses om energie in enige materiële medium oor te dra sonder om materie te beweeg. 'n Golf is 'n harmoniese vibrasie van materiedeeltjies wat in 'n medium voortplant. Byvoorbeeld, in lug lei hierdie vibrasies tot die opkoms van areas van hoë en lae druk, terwyl dit in 'n soliede liggaam reeds areas van druk- en trekspanning is.
'n Klankgolf versprei in 'n medium teen 'n sekere spoed, wat afhang van die eienskappe van die medium (temperatuur, digtheid en ander). By 20 oC in die lug beweeg klank teen ongeveer 340 m/s. As in ag geneem word dat 'n persoon frekwensies van 20 Hz tot 20 kHz hoor, is dit moontlik om te bepaalooreenstemmende beperkende golflengtes. Om dit te doen, kan jy die formule gebruik:
v=fλ.
Waar f die frekwensie van ossillasies is, is λ hul golflengte en v die spoed van beweging. Deur die bogenoemde getalle te vervang, blyk dit dat 'n persoon golwe met golflengtes van 1,7 sentimeter tot 17 meter hoor.
Die konsep van golfdiffraksie
Klankdiffraksie is 'n verskynsel waarin 'n golffront buig wanneer dit 'n ondeursigtige hindernis langs sy pad teëkom.
'n Treffende alledaagse voorbeeld van diffraksie is die volgende: twee mense is in verskillende kamers van 'n woonstel en sien mekaar nie. Wanneer een van hulle iets vir die ander skree, hoor die tweede 'n geluid, asof die bron daarvan in die deuropening is wat die kamers verbind.
Daar is twee tipes klankdiffraksie:
- Buig om 'n hindernis waarvan die afmetings kleiner as die golflengte is. Aangesien 'n persoon taamlik groot golflengtes van klankgolwe hoor (tot 17 meter), word hierdie tipe diffraksie dikwels in die alledaagse lewe aangetref.
- Verandering van die golffront soos dit deur 'n nou gaatjie gaan. Almal weet dat as jy die deur 'n bietjie oop laat, dan vul enige geraas van buite, wat die nou gaping van die effens oop deur binnedring, die hele vertrek.
Die verskil tussen die diffraksie van lig en dié van klank
Aangesien ons oor dieselfde verskynsel praat, wat nie van die aard van die golwe afhang nie, is die klankdiffraksieformules presies dieselfde as vir lig. Byvoorbeeld, wanneer jy deur 'n gleuf in 'n deur gaan, kan 'n mens 'n voorwaarde skryf vir die minimum soortgelyk aan dié vir diffraksieFraunhofer op 'n nou gaping, dit is:
sin(θ)=mλ/d, waar m=±1, 2, 3, …
Hier is d die breedte van die deurgaping. Hierdie formule bepaal die areas in die kamer waar klank van buite nie gehoor sal word nie.
Die verskille tussen klank- en ligdiffraksie is suiwer kwantitatief. Die feit is dat die golflengte van lig 'n paar honderd nanometer (400-700 nm) is, wat 100 000 keer minder is as die lengte van die kleinste klankgolwe. Die verskynsel van diffraksie word sterk gemanifesteer as die afmetings van die golf en die hindernisse naby is. Om hierdie rede, in die voorbeeld hierbo beskryf, sien twee mense, wat in verskillende kamers is, mekaar nie, maar hoor.
Diffraksie van kort en lang golwe
In die vorige paragraaf word die formule vir die diffraksie van klank deur 'n spleet gegee, mits die golffront plat is. Uit die formule kan gesien word dat by 'n konstante waarde van d, die hoeke θ hoe kleiner sal wees, hoe korter sal die golwe λ op die gleuf val. Met ander woorde, kort golwe buig erger as lang golwe. Hier is 'n paar werklike voorbeelde om hierdie gevolgtrekking te ondersteun.
- Wanneer 'n persoon in 'n stadsstraat stap en by 'n plek kom waar musikante speel, hoor hy eers lae frekwensies (bas). Soos hy die musikante nader, begin hy hoër frekwensies hoor.
- Die rol van donderweer, wat nie ver van die waarnemer af plaasgevind het nie, lyk vir hom taamlik hoog (nie te verwar met intensiteit nie) as dieselfde rol 'n paar tientalle kilometer verder.
Die verduideliking vir die effekte wat in hierdie voorbeelde opgemerk word, is die groter vermoë van lae frekwensies van klank om te diffraksie en hul minder vermoë om geabsorbeer te word in vergelyking met hoë frekwensies.
Ultrasoniese ligging
Dit is 'n metode van ontleding of oriëntering in die area. In beide gevalle is die idee om ultrasoniese golwe (λ<1, 7 cm) vanaf die bron uit te straal, dit dan te reflekteer vanaf die voorwerp wat bestudeer word en die gereflekteerde golf deur die ontvanger te ontleed. Hierdie metode word deur die mens gebruik om die gebrekkige struktuur van soliede materiale te ontleed, om die topografie van die seedieptes te bestudeer en in sommige ander gebiede. Deur ultrasoniese ligging te gebruik, navigeer vlermuise en dolfyne in die ruimte.
Klankdiffraksie en ultrasoniese ligging is twee verwante verskynsels. Hoe korter die golflengte, hoe erger buig dit. Boonop hang die resolusie van die ontvangde gereflekteerde sein direk af van die golflengte. Die verskynsel van diffraksie laat 'n mens nie toe om te onderskei tussen twee voorwerpe, waarvan die afstand kleiner is as die lengte van die gebuigde golf nie. Om hierdie redes is dit ultrasoniese eerder as soniese of infrasoniese ligging wat gebruik word.
