סיכומים משיעורי פיזיקה

#9- חוק סנל, גלים

יש אוויר. ויש מים. מכניסים קרן אור. לכל 1 מהם יש מקדם שבירה. יש לקרן אור מעבר בין אוויר למים. מה שחשוב זה לצייר את האנך להפרדה ביניהם. ואיך מגדירים את זווית הפגיעה? בין הקרן לאנך. ונקרא לו θ₁. עכשיו, כשהאור עובר בין תווך לתווך, היא לא תמשיך בקו ישר, היא תישבר. והוא מספר את ההקשר ביניהם.
הנוסחא היא n₁sinθ₁=n₂sinθ₂.
כאשר n היא מקדם השבירה.
באוויר n=1 ובמים n=1.3.
יודעים איך לפתור משוואת טריגו? אז עם זה תוכלו לחשב את זוויות השבירה!
לפי זה אפשר גם לדעת שאם הזווית היא 90°, כלומר 0 בהשוואה לאנך, לא משנה דרך מה היא תעבור היא תישאר ככה, כי sin0=0.
עכשיו תדמיינו קרן אור מפלסטיק לאוויר. בשלב כלשהו, אם נגדיל את הזווית מספיק, היא תהיה במצב של 90° לאנך! לזווית הזאת קוראים הזווית הקריטית. מה יקרה אחרי זה? אם זווית האור יותר גדולה מהזווית הקריטית, האור לא נכנס. כל האור יוחזר, כמו מראה.
הזווית הקריטית קשורה למעברים, בין n₁ לn₂.
כשהאור מגיע ממקום עם מקדם שבירה גבוה למקום עם מקדם שבירה נמוך(כגון ממים לאוויר), אז זווית היציאה גדלה וגדלה, עד הזווית הקריטית שבה היא פשוט לא יוצאת, ומוחזרת. וזווית היציאה שווה לזווית הפגיעה ביחס לאנך.
הנוסחה למציאת הזווית: θ=sin⁻¹(n₂/n₁).

בואו נדבר על גלים. עד עכשיו דיברנו על חלקיקים, הגוף בעצמו זז.
יש לכם 2 אנשים. הם רוצים לדבר. בנאדם 1 כותב מסר על כדור וזורק לשני. הבנאדם הראשון נתן משהו לבנאדי השני, הכדור זז.
ותופעה גלית? הם מדברים בטלפון.
אם יש לי רעל חזק בחדר, אני אמות. אם יש קורונה, שכבר לא ככ רלוונטית, אתם לא תידבקו. אבל אתם כן מקבלים אינפורמציה ממני.
העולם מחולק לתופעה גלית ותופעה חלקיקית.(אממ, בטוח?...)
נקח חבל, ונעשה לו מכה למעלה-למטה. זה יוצר פולס, ומתקדם לגל. מה קורה פה?
כשהבנאדם מרים חתיחת חבל, והיא מרימה את החתיכת חבל הבאה וכך הלאה, כנל עם הורדה.
מה שאתם מחזיקים ביד נשאר ביד, החבל לא זזה. הצורה זזה, החבל רק נעה למעלה-למטה(נו כן הם זזים אבל הבנתם). שלחתם את הפולס והוא מתקדם, הצורה הזאת עוברת. לא החבל.
עכשיו תזיזו את החבל למעלה-למטה, בצורה מחזורית. ונוצר גל.

אם שמתם לב, פונקציה של אוסילטור הרמוני היא גל. והיד, כלומר קצה החבל, מבצעת תנועה הרמונית. הגל גם מבטא את תנועת היד.
עכשיו נגדיר כמה מושגים.
מושג מס' 1: אורך הגל. היא מבטאת את כמות המרחק שלוקח לחלק של החבל להגיע למקומו שוב. דמיינו את הגל על מערכת הצירים, תסמנו נקודה מסוימת על הגרף, ותמשיכו בכיוון ציר הx עד שתגיעו לאותו הy שוב. אורך הקטע שזה לקח היא אורך הגל. היא מסומנת באות λ.
מושג מס' 2: אמפליטודה, או משרעת בעברית. המרחק בין נקודת השיא בציר הy של הגל לבין ציר הx. שימו לב שיש נקודה כזאת כל אורך גל.
מושג מס' 3: זמן מחזור. כמה זמן שלוקח לגל הזה לסיים אורך גל.
בשביל לדעת את ערך הy של נקודה מסוימת צריך לדעת גם את הx, איפה החלק של החבל, ואת הt, מתי אנחנו מודדים זאת.
ניתן לבטא הכל בפונקציה הבאה:
y(x, t)=Acos(ωt-kx)
כאשר k הוא τ/λ. ככל שאורך הגל גדל, k קטן. והk הזה תמיד מכפיל את הk.
וω היא τ/t. הוא מתאר כמה מהר הגל זז.
אורך הגל הוא מטר. τ הוא מספר שמבוטא ברדיאנים. ולכן היחידה היא רדיאנים למטר.
כנל עם ω, רק שבמקום המטר יש שניה.
מושג מס' 4: תדירות. היא נמדדת ביחידה הרץ Hz, והיא 1 חלקי זמן המחזור. אם זמן המחזור היא ¼ שניה, אז התדירות היא 4 פעמים לשניה.
מושג מס' 5: מהירות הגל. כמה מהר שהגל זז. V=λ/T.

עכשיו תסתכלו על הארגומנט בפונקציה. אם מדובר ב-kx, אז הגל זז ימינה. אם יש +kx, אז הגל זז שמאלה.

סונר שידר לתוך המים בתדירות 3000Hz. אתם יודעים מה התדירות? אתם גם יודעים מה מהירות הגל. מה שהוא שידר פגע במה שזה לא יהיה במים, וזה חזר. כשגל קול פוגע במשהו הוא חוזר. תצקעו לבניין במרחק 18m, ותשמעו הד. ככה אפשר למדוד את מהירות הקול.

הכירו את המושג הבא: התאבכות. 2 פולסים יוצאים מ2 קצוות של חוט. כשהם נפגשים הם יוצרים פולס גדול יותר, ואחרי זה כל פולס ממשיך בכיוונו.
ואם המצב הפוך?
אז קורה נס, הגלים מבטלים זה את זה! ואז כל גל ממשיך בכיוונו. האור, בהיותו גל אלקטרומגנטי, גם יכול לקיים את התכונות האלה. עשו ניסוי שבו אור פגע באור יצר חושך!

בהתאבכות בונה, הדרך שהדרך שגל 1 עבר הוא חייב להיות לפחות הדרך של הגל השני. ואם הגל השני עבר עוד אורך גל, זה לא ישנה לו. L₂=L₁+nλ.

והנה... הדברים מגיעים לסיום. תפגשו את הנושא האחרון, גלים עומדים!
לפני כן התעלמנו מקיומו של הקצה. מה קורה אם יש קצה?
יש רק אפשרות מאוד מסוימת ובצורה מאוד מצומצת.
הy של הקצוות היא 0. וככה מוצאים את אורך הגל: λ=2L/n. כאשר L היא מרחק הקצוות, וn היא מספר טבעי כלשהו.
וf=vn/2L.