تأثير الانكسار على التردد: كيف ولماذا لا ، حقائق مفصلة


في هذه المقالة سنناقش تأثير الانكسار على التردد وكيف يتأثر التردد بالانكسار مع حقائق مفصلة.

عندما تنتشر الموجة من وسط إلى آخر ، تتغير سرعة الموجة ، وبالتالي يتغير طول الموجة أيضًا. نتيجة لذلك ، تغير الموجة اتجاه انتشارها مما يجعل زاوية الانكسار.

ما هو الانكسار؟

يسمى الطول الموجي للضوء أو الصوت أو أي اهتزازات تمر داخل الوسط بالانكسار.

عند الانكسار ، يتغير اتجاه الموجة وينتشر بزاوية انكسار اعتمادًا على الكثافة ودرجة الحرارة وتدرج الضغط للوسط.

قراءة المزيد عن أنواع الانكسار: تحليل مقارن.

هل يؤثر الانكسار على التردد؟

موجة ذات سعة معينة تنتشر من وسيطين مختلفين ، سعة الطول الموجي تختلف اعتمادًا على كثافة الوسط الذي تنتقل من خلاله.

إذا انتقلت الموجة من وسط أندر إلى وسط أكثر كثافة ، فإن سرعة الموجة تتناقص وتقل أيضًا سعة الطول الموجي. وينعكس الأمر نفسه عندما تنتقل الموجة من الوسط الأكثر كثافة إلى الوسط الأكثر ندرة.

يتم الحصول على سرعة الموجة من خلال المعادلة

السرعة = التردد * الطول الموجي

ت = و * λ

حيث v هي سرعة الموجة

f هو تردد الموجة

λ طول موجي

مع زيادة سرعة الموجة أو نقصانها ، يزيد الطول الموجي أيضًا أو ينقص على التوالي ، وبالتالي تردد الموجة يبقى دون تغيير.

تخيل موجة تسافر من وسيطين مختلفين. دعونا ن2>n1، يكون هذا الوسط الثاني أكثر كثافة من المتوسط ​​1.

تأثير الانكسار على التردد
التباين في الطول الموجي أثناء الانتشار من وسيطين مختلفين

كما تنتشر الموجة من الوسط 1 الذي له معامل الانكسار n1 إلى متوسط ​​2 مع معامل الانكسار n2، تنخفض سرعة الموجة لأن المتوسط ​​2 أكثر كثافة من المتوسط ​​1 كما أن اتساع الموجة ينخفض ​​أيضًا. مرة أخرى ، عندما تمر الموجة مرة أخرى إلى الوسط السابق ، أي من الوسط الأكثر كثافة إلى نادر ، يزداد الطول الموجي وسرعة الموجة مرة أخرى. في هذه العملية ، يظل تكرار حدوث عقد الموجة كما هو.

قراءة المزيد عن ما هو تردد التذبذب: حقائق مثيرة للاهتمام والأسئلة الشائعة.

هل يؤثر مؤشر الانكسار على التردد؟

يحدد معامل الانكسار زاوية الانكسار أثناء الانتقال من وسط إلى آخر.

تعتمد سرعة الموجة في الوسط على معامل الانكسار لذلك الوسط ، لكن تردد الموجة يظل غير متأثر بمعامل الانكسار.

يتم تحديد معامل الانكسار للوسط بواسطة المعادلة كـ

ن = ج / الخامس

حيث n هو معامل انكسار الوسط

ج هي سرعة الضوء ، ج = 3 * 108الآنسة

v هي سرعة الضوء في المتوسط

إذا انخفضت سرعة الضوء أثناء الانتشار من الوسط ، فهذا يعني أن مؤشر الانكسار أكبر من 1.

في الفراغ ، تظل سرعة الضوء كما هي ، وبالتالي يكون معامل الانكسار للفراغ واحدًا ، ويسافر شعاع الضوء مكونًا 180 درجة.0 زاوية.

إذا كان معامل الانكسار للوسيط أكبر من 1 فإن الطول الموجي للموجة يقل ؛ وأثناء الانتقال من وسط أكثر كثافة إلى متوسط ​​ندرة ، يزداد الطول الموجي ، لكن تردد الموجة يظل كما هو.

قراءة المزيد عن مؤشر الانكسار.

هل الانكسار يتأثر بالتردد؟

تردد الموجة لا يتغير بعد الانكسار.

يتناسب معامل الانكسار للموجة طرديًا مع سماحية الوسط ويحدد مدى السرعة التي يمكن أن تنتقل بها الموجة عبر الوسط. السماحية تعتمد على تردد الطول الموجي في الوسط.

يمكننا التحدث عن سماحية الوسط بناءً على الكثافة التي تحدد بشكل كبير سرعة الموجة في الوسط. في وسط نادر ، تكون السماحية أكثر لأن تواتر الضوء سينخفض ​​مع زيادة الطول الموجي. ستزداد سرعة الموجة ، وبالتالي ستكون زاوية الانكسار أكبر.

في وسط به سماحية أقل ، سيكون تردد الموجة المنتشرة من الوسط أكبر ، وبالتالي سيكون طول الموجة أقل ، وستنخفض سرعة الموجة وتنكسر الموجة عند الزاوية الأصغر. هذا في حالة وجود وسط أكثر كثافة.

لماذا لا يؤثر الانكسار على التردد؟

تردد الموجة المنتشرة من وسائط مختلفة لا يتغير.

يتم الحفاظ على طاقة الموجة قبل وبعد الانكسار ، مما يعني أن تردد الموجة يظل غير متأثر.

تعطى المعادلة الطاقة المرتبطة بالموجة

E = hf = hv / λ

عندما تزداد سرعة الموجة أو تنقص بناءً على سماحية الوسط ، يزداد الطول الموجي للموجة أو ينقص على التوالي ، وبالتالي يظل التردد غير متأثر.

السرعة تتناسب طرديا مع الطول الموجي المنتشر في الفضاء. أثناء الانتشار من وسط ذات كثافات مختلفة ، تختلف السرعة والسعة وبالتالي الطول الموجي للموجة ، لكن عدد الموجات التي تحدث لكل وحدة زمنية يظل كما هو حتى بعد الانكسار.

قراءة المزيد عن هل يمكن للضوء أن ينحني حول الزوايا؟ أسئلة وأجوبة مهمة.

هل يؤثر التردد على زاوية الانكسار؟

تعتمد زاوية الانكسار على التغير في سرعة الموجة المتغيرة أثناء الانتقال من وسط إلى آخر.

بناءً على كثافة الوسيط ، تختلف سرعة الموجة وتتحول عند زاوية معينة عند الانكسار.

ضع في اعتبارك أن الموجة الضوئية تنتشر من الهواء إلى الزجاج ، ثم يُعطى معامل الانكسار للوسط بموجب قانون سنيل

nهواء/nزجاج= الخطيئةr/ sinθi

يتناسب معامل الانكسار طرديًا مع سرعة الموجة في الأوساط المختلفة أثناء الانتشار ، إذن

nهواء/nزجاج=v2/v1

بالتالي،

v2/v1= الخطيئةr/ sinθi

تعتمد زاوية الانكسار على سرعة الضوء بعد الانكسار وتعتمد زاوية الانكسار على سرعة الضوء الساقط.

بما أن السرعة هي حاصل ضرب الطول الموجي والتردد ، فيمكننا الكتابة

v2/v1= λ2f/ λ1f

تردد الضوء يبقى كما هو بعد الانكسار ،

v2/v1= λ2f/ λ1f

وهذا هو،

sinθr/ sinθi=v2/v1= λ2/ λ1

للحصول على طول موجي ثابت ، ستزداد سرعة الموجة بزيادة تردد الموجة ، وتنكسر الموجة بزاوية أكبر بعد الانكسار. إذا كان التردد أقل ، فسيتم استنتاج سرعة الموجة وستكون زاوية الانكسار أصغر.

قراءة المزيد عن مرآة كروية | جميع المفاهيم المهمة و 10+ أسئلة وأجوبة.

الأسئلة المتكررة

هل يختلف الطول الموجي للضوء في الفراغ؟

يتوافق الطول الموجي للضوء بشكل مباشر مع سرعة الضوء.

لا تتغير سرعة الضوء أثناء السفر عبر الفراغ ، أي v = c ، ومن ثم فإن معامل الانكسار n = c / v = 1. نظرًا لأن v تظل ثابتة ، فإن الطول الموجي ثابت أيضًا.

هل تؤثر درجة الحرارة على انكسار الضوء؟

يعتمد انكسار الضوء على معامل الانكسار والكثافة وسماحية الوسط ودرجة الحرارة أيضًا.

إذا ارتفعت درجة الحرارة ، تنخفض كثافة الوسط وستزداد سرعة الموجة في الوسط. ومن ثم ، فإن الشعاع المنكسر سوف يتحول إلى زاوية أكبر مع الوضع الطبيعي.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات