دسته‌ها
بر هم کنش های موج فیزیک دوازدهم

پراش

اگر در مسیر پیشروی یک موج مانعی قرار دهیم بخشی از موج که به مانع برخورد می کند، توسط مانع بازتاب و یا جذب می شود و به پشت مانع نمی رسد و بخشی دیگر، از لبه های مانع یا شکاف های موجود در آن، می گذرد. در صورتی که ابعاد مانع یا شکاف در حدود طول موج باشد، بخشی از موج که از لبه ها یا شکاف ها عبور می کند، به وضوح به اطراف مانع یا شکاف گسترده می شود. به این پدیده پراش گویند.

پراش

پراش نیز مانند بازتاب و شکست از ویژگی های موج است. یک جبهه موج نور را در نظر بگیرید که از سمت چپ به راست حرکت می کند. این جبهه به سمت مانعی می رود که روزنه ای در آن قرار دارد که نور فقط می تواند از آن روزنه عبور کند. اگر روزنه به اندازه کافی بزرگ باشد، جبهه موج تقریبا به صورت تخت از روزنه خارج می شود. در شکل زیراندازه شکاف، a=6λ می باشد. همانطور که در مشخص است، اطراف شکاف، انحنای کمی پیدا می کند.

ph3 s4 Diffraction 01 پراش

اما وقتی روزنه کوچکتر می شود، می بینیم که جبهه های موج بعد از عبور از روزنه، انحنای بیشتری پیدا می کند. در شکل زیر اندازه شکاف، a=3λ است.

ph3 s4 Diffraction 02 پراش

و شکل زیر، a=1.5λ یعنی در حدود اندازه طول موج است و می بینید که جبهه ها از حالت تخت خارج شده و به اطراف شکاف گسترده می شوند.

ph3 s4 Diffraction 03 پراش

پراش همین گستردگی جبهه موج نور پس از عبور از شکافی به ابعادی از مرتبه طول موج است.

چرایی پدیده پراش

حال چرا جبهه موج خمیده می شود و به صورت مستقیم و صاف از شکاف عبور نمی کند؟

هویگنس در توجیه این پدیده گفت که هر نقطه در جبهه موج، مانند یک منبع کوچک موج کروی رفتار می کند. یعنی هر نقطه، یک موج کروی ایجاد می کند که در تمام جهات با سرعت برابر از این نقطه دور می شود. مانند شکل زیر:

ph3 s4 Diffraction 04 پراش

برآیند این موج های کروی برای تمام نقاط جبهه موج، شکل جبهه موج را می سازد. حال جبهه موج را پس از عبور از روزنه در نظر بگیرید. بخشی از موج توسط مانع جذب می شود و بخشی از آن عبور می کند. با رسم موج های کروی برای قسمت عبور کرده به شکلی مانند شکل زیر می رسیم:

ph3 s4 Diffraction 05 پراش

که در نتیجه پس از عبور از شکاف، جبهه های موج به صورت زیر در می آیند. اگر شکاف باریک تر باشد، مانند شکل سمت راست، انحنا بیشتر می شود.

ph3 s4 Diffraction 06 پراش

پراش فقط در عبور از شکاف رخ نمی دهد بلکه هنگام عبور موج از لبه های مانعی که ابعاد آن در حدود طول موجِ موج باشد نیز اتفاق می افتد. در شکل زیر پراش نوری تکفام که از لبه های تیز درون و بیرون یک تیغ ایجاد شده است، را مشاهده می کنید.

ph3 s4 Diffraction 07 پراش

همانطور که در شکل های زیر مشاهده می شود، اگر پراش را روی یک پرده مشاهده کنیم، نوارهای تاریک و روشنی را مشاهده می کنیم که به آن نقش پراش می گویند. نقش پراش را می توان با تحلیل شدت موج، که در بحث تداخل امواج بیان می شود، توجیه کرد.

ph3 s4 Diffraction 08 پراش

برای درک بهتر پدیده پراش، قسمت آزمایش یانگ جزوه تداخل امواج را مشاهده کنید.

مثال ها

مثال ۱: گوشی های همراه با امواج رادیویی با بسامد حدود ۲GHz کار می کنند. توضیح دهید این امواج تحت چه شرایطی از موانع پراشیده می شوند و به منطقه سایه مانع می رسند؟

پاسخ:

شرط پراش این است که ابعاد مانع یا روزنه از مرتبه طول موج موج عبوری باشند بنابر این باید طول موج مربوط به این موج را به دست آوریم:

ph3 s4 Diffraction 09 پراش

بنابر این موانعی با ابعادی در مرتبه ۱۵ سانتی متر می توانند این موج را پراشیده کنند.

مثال ۲: در تلویزیون های متداول، سیگنال ها از آنتن های روی دکل ها به گیرنده های تلویزیون فرستاده می شود. حتی وقتی گیرنده به دلیل وجود یک تپه یا ساختمان در معرض ارسال مستقیم امواج یک آنتن نباشد، همچنان سیگنال را به دلیل پراش امواج از لبه های مانع دریافت خواهد کرد (اگر سیگنال در اطراف آن مانع به حد کافی به داخل ناحیه سایه مانع پراشیده شود). سابق بر این، طول موج سیگنال های تلویزیونی در حدود ۵۰ سانتی متر بود، ولی طول موج سیگنال های تلویزیونی دیجیتالی که امروزه از آنتن ها فرستاده می شود بسیار کمتر است. آیا این تغییر طول موج، پراش سیگنال ها به داخل ناحیه سایه را افزایش می دهد یا کاهش؟

پاسخ :

چون ابعاد مانع ثابت مانده و طول موج کاهش پیدا کرده است، پس سایه بزرگتر شده و پراش به داخل ناحیه سایه کاهش می یابد. یعنی دور زدن مانع بسیار دشوارتر می شود.

 

مثال ۳: چرا امواج برنامه های تلویزیونی برخلاف امواج رادیویی به طور مستقیم پخش می شوند؟

پاسخ:

طول موج امواج تلویزیونی کمتر از امواج رادیویی است. در نتیجه یون سپهر برای این امواج شفاف است و آنرا باز نمی تابد. بنابراین باید امواج تلویزیونی را مستقیم بفرستند. البته این امواج در برخورد با خانه ها زیاد پراشیده نمی شود. اما همانطوری که در مثال قبل گفتیم، طول موج امواج تلویزیونی دیجیتال کمتر است و بیشتر پراشیده می شود.

 

در شکل زیر می توانید پراش را در موج های سطح آب دریا که از یک مسیر بین صخره ها عبور می کنند، مشاهده کنید.

ph3 s4 Diffraction 10 پراش

دانلود نسخه PDF جزوه


از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران (نا تمام) هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

2 دیدگاه دربارهٔ «پراش»

توضیحات خوب و جامعی در مورد پراش داشتید. من استفاده کردم. نکته ای که توجهم را جلب کرد تصویر ورود آب از یک بریدگی به بیرون بود که بنظرم بیشتر نمایانگر اصل هویگنس است تا پراش. بهتر است عوض شود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *