Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 40. Отражение волн. Поставим на пути волн в водяной
ванне плоскую пластинку, длина которой велика по сравнению с длиной волны λ 1 ). Мы увидим следующее. Позади пластинки получается область, в которой поверхность воды остается почти в покое (рис. 83). Другими словами, пластинка создает тень — пространство, куда волны не проникают. Перед пластинкой от- четливо видно, как волны отражаются от нее, т. е. волны, падающие на пластинку, создают волны, идущие от пластин- ки. Эти отраженные волны имеют форму концентрических дуг, 1 ) На рис. 83 и 84, а также на ряде последующих рисунков длина волны λ взята недостаточно малой по сравнению с размерами пластинки. Это сделано лишь для четкости рисунков. 108 Гл. IV. Волновые явления разбегающихся как бы из центра, лежащего позади пластинки. Перед пластинкой возникает своеобразная сетка из первичных волн, падающих на пластинку, и отраженных волн, идущих от нее навстречу падающим. Как меняется направление распространения волны при ее отражении? Рис. 83. Тень, отбрасывае- мая большой пластинкой Рис. 84. Угол отражения ра- вен углу падения Посмотрим, как отражается плоская волна. Обозначим угол, образуемый перпендикуляром к плоскости нашего «зеркала» (пластинки) и направлением распространения падающей волны, через α (рис. 84), а угол, образуемый тем же перпендикуляром и направлением распространения отраженной волны, — через β. Опыт показывает, что при всяком положении «зеркала» β = α, т. е. угол отражения волны от отражающей плоскости равен углу падения. Этот з а к о н о т р а ж е н и я является общим волновым за- коном, т. е. он справедлив для любых волн, в том числе и для звуковых и для световых. Закон остается в силе и для сфериче- ских (или кольцевых) волн, как это видно из рис. 85. Здесь угол отражения β в разных точках отражающей плоскости различен, но в каждой точке равен углу падения α. Отражение волн от препятствий относится к числу очень распространенных явлений. Хорошо всем известное э х о обу- словлено отражением звуковых волн от зданий, холмов, леса и т. п. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от ряда препятствий, то получается многократное эхо. Раскаты грома имеют такое же происхождение. Это — мно- гократное повторение очень сильного «треска» огромной элек- Гл. IV. Волновые явления 109
трической искры — молнии 1 ). Методы локации, упомянутые в § 35, основаны на отражении электромагнитных волн и упругих Рис. 85. Закон отражения вы- полнен в каждой точке отража- ющей плоскости волн от препятствий. Особенно часто мы наблюдаем явление от- ражения на световых волнах. Отраженная волна всегда
в той или иной степени ослаб- лена по сравнению с падающей. Часть энергии падающей вол- ны п о г л о щ а е т с я тем те- лом, от поверхности которого происходит отражение. Звуковые волны хорошо отражаются твер- дыми поверхностями (штукатур- ка, паркет) и значительно хуже мягкими поверхностями (ковры, занавеси и т. п.). Всякий звук прекращается не сразу после того, как замолк его источник, а замирает посте- пенно. Отражением звука в по- мещениях обусловлено явление послезвучания, называемое ре- верберацией. В пустых помеще- ниях реверберация велика, т. е. мы наблюдаем своеобразную г у л к о с т ь. Если же в помещении много поглощающих поверх- ностей, в особенности мягких (мягкая мебель, одежда людей, занавеси и т. п.), то гулкость не наблюдается. В первом случае получается большое число отражений звука, прежде чем энергия звуковой волны практически полностью поглотится, во втором — поглощение происходит значительно быстрее. Реверберация существенным образом определяет звуковые качества помещения и играет большую роль в архитектурной акустике. Для данного помещения (аудитории, зала и т. п.) и дан- ного рода звука (речь, музыка) поглощение должно подбираться специально. Оно должно быть не слишком большим, чтобы не получался глухой, «мертвый», звук, но и не слишком малым, чтобы длительная реверберация не нарушала разборчивости ре- чи или звучания музыки. 1 ) Первичный звук, вызываемый молнией, тоже растянут по времени. Дело в том, что длина молнии может достигать нескольких километров, и поэтому от разных ее участков звук доходит до нас с различным запаздыванием. |