Refleksjon og brytning av bølger

Transkript

1 Refleksjo og brytig a bølger Når i å skal studere oe bølgefeomeer, bruker i oerflatebølger på a som eksempel. Derfor begyer i med å gjøre oss kjet med abølger. Fotografiee edefor iser to eksempler på bølgeformer på e aoerflate. Bildet til estre iser sirkelformede bølger, sirkelbølger, mes bildet til høyre iser rettlijede bølger, sett rett oefra. Bølgefrot E lije gjeom pukter på bølge som er i samme fase, f.eks. bølgetopper, kaller i e bølgefrot. Bølges beegelsesretiger står ikelrett på bølgefrotee, se figuree i marge. Når det drypper jet på e aoerflate, får i sirkelformede bølger (sirkelbølger) på oerflate, se bildet til estre. His i ipper e lag stokk opp og ed i aoerflata får i rettlijede bølger. Tegigee iser bølgefroter i blått og bølges beegelsesretig i rødt. Refleksjo Når e skal studere egeskapee til abølger, ka det ære hesiktsmessige å rigge opp e bølgetak i laboratoriet. Fotografiet edefor er et øyeblikksbilde a rettlijede bølger som kommer i fra estre og treffer e loddrett egg i som er satt opp i e slik bølgetak. De rettlijede bølgee ka i lage i bølgetake ed å ippe e lag lijal opp og ed i aoerflate. Vi ser også de reflekterte bølgee. De går oppoer på bildet. Til samme lager de ikommede og de reflekterte bølgee et slags rutemøster på dette øyeblikksbildet. På de skjematiske figure har i merket a fartsretigee med piler. Bølge A er eå ikke ådd fram til egge. B er e a de reflekterte bølgee. Det som skjer ed egge, ka i beskrie slik i beskre refleksjo a e lysstråle fra et speil: De stiplede streke som er teget ikelrett på egge, er ifallsloddet. Viklee mellom ifallsloddet og fartsretigee til de ikommede og reflekterte bølgee er ifallsikele i og refleksjosikele r. / RSTett

2 Gjeom forsøk med abølger i e bølgetak ka i se at slike bølger blir reflektert a e egg og at refleksjosikele er lik ifallsikele. Det i å har obserert for abølger, gjelder for alle typer bølger: Refleksjosloe for bølger Refleksjosikele = ifallsikele = i r Vabølger blir brutt i oergage mellom dypt og grut a. Bølgelegde og farte edrer seg, me frekese er de samme. Brytig Ved hjelp a plater som i legger ed i aet, lager i et område med grut a i bølgetake. Så lar i rettlijede bølger gå på skrå i mot grese til det grue området. Fotografiet i marge iser at de bølgee som kommer fra estre i på det grue området, får e ae retig; de blir brutt. Vi ser også at astade mellom bølgefrotee blir midre. Det betyr at bølgelegde er midre på det grue området. Frekese f er de samme på det grue og på det dype området. Det må ære slik fordi det er lijale som bestemmer hor mage bølger som kommer til greselija hert sekud, og alle disse bølgee fortsetter også i på grua hert sekud. Bølgee hoper seg jo ikke opp ed greselija. Når bølgelegde blir midre, mes frekese er de samme, følger det a bølgeformele, = f, at bølgefarte også er midre på det grue området. Også år det gjelder edrig i beegelsesretige, fier i altså likheter mellom lysstråler og bølger på a: Det som skjer med lysstråler år de for eksempel går fra luft og i i et tettere stoff, sarer til at abølger går fra dypt til grut a. Vi skal å se at i ka trekke disse likhetee et godt stykke leger. Brytigsideks for bølger Vabølger blir altså brutt ed oergage mellom dypt og grut a. Frekese er kostat, mes både bølgelegde og bølgefarte blir midre. Tegige edefor iser skjematisk det samme som fotografiet i marge på forrige side. Me på tegige har i også lagt i et ifallslodd, som står ikelrett på greselija. Videre har i markert iklee og mellom ifallsloddet og / RSTett

3 beegelsesretige til bølgee på de to områdee. Det er aturlig å kalle for ifallsikele og for brytigsikele. er bølgefarte på det dype området, og er bølgefarte på det grue området. I større bølgelaboratorier ka e gjøre gaske øyaktige forsøk med slike abølger der e arierer ifallsikele og samtidig måler og bølgelegdee. Slike forsøk gir dee sammehege: si () si For et bestemt alg a dypt og grut område fier e at forholdee i likige () oefor er e kostat. Forsøkee gir oss altså det i ka kalle Sells lo for abølger: si si der i ka se på som e brytigsideks for oergage fra område til område. Dersom i sammeliker med likig (), ser i at brytigsidekse er lik forholdet mellom bølgelegdee: Vi øsker å fie brytigsidekse uttrykt ed hjelp a bølgefartee i stedet for bølgelegdee. Det fier i ed å utytte at f = f = f, og bølgeformele = f idet i utider brøke med f: f f () f f Forsøkee fora gjelder for é type bølger: abølger som går fra dypt til grut a. Det iser seg at i får de samme resultatee om i lar bølgee gå de adre eie, fra grut til dypt a. I tillegg iser / RSTett

4 adre forsøk at det i kalte Sells lo for abølger, gjelder for alle typer bølger. Sammehegee og uttrykkee i har fuet oefor, gjelder derfor helt geerelt år bølger går fra «stoff» til «stoff». I årt eksempel med abølgee ar altså dypt a «stoff» og grut a «stoff». Litt mer om lys og brytigsloe I kapittel 8, side 4, defierte i brytigsidekse til et stoff ed hjelp a Sells lo: si si 0 der idekse 0 forteller at lyset kommer fra luft/akuum og brytes i i det stoffet som har brytigsidekse. Det iser seg at lys følger loee for bølger. Kombierer i Sells lo med resultatee fra likig () og lar luft/akuum ære stoff får i at brytigsidekse til et stoff er lik forholdet mellom lysfartee i luft/akuum og stoffet. Som i ete i kapittel 8 er det blitt alig å bruke dette forholdet som defiisjoe på brytigsideks for lys og alle adre bølgetyper: Brytigsideks og bølgefart Brytigsidekse til et stoff er defiert som forholdet mellom lysfarte i luft/akuum og lysfarte i stoffet. 0 For lys har i da også at si si (3) EKSEMPEL Mage skolelasere seder ut rødt lys med bølgelegde 63 m i luft/akuum. Reg ut hor fort lyset går i a. Fi bølgelegde til dette lyset i a. Bruk =,33 for brytigsidekse til a. Løsig: Forholdet 0 gir oss for lysfarte i a: / RSTett

5 0 8 3, 00 0 m/s 8, 6 0 m/s, 33 Bølgelegde i a fier i a sammehege (3) på forrige side m 475m,33 Vi fier altså at år lys går i i a fra luft/akuum, blir både farte og bølgelegde midre. / RSTett

6 Oppgaer Refleksjo og brytig a bølger Bølger som på dypt a har farte,4 m/s og bølgelegde,0 m, kommer i på gruere a der bølgelegde blir målt til,5 m. a) Ha blir frekese for bølgee på det grue området? b) Ha blir farte? I este kapittel skal i se at blått lys ka ha bølgelegde 450 m. Fi både farte, bølgelegde og frekese til dette lyset etter at det har gått i i pleksiglass med brytigsidekse,48. 3 I et kar med a har i e lijal l som er festet til e osillator Dermed får i plae bølger i aet. Bølgee går skrått i mot e greselije mellom to områder som har her si dybde og dermed her si bølgefart for abølger. a) Fi amplitude og bølgelegde for bølge i område I. b) Bestem bølgefarte i område I. Astade AB er 4,5 m, og astade BC er 4,0 m. Vikele mellom beegelsesretige til bølge og e ormal til greselija er 7 i område I og 55 i område II. ) Hor lag tid bruker e bølgetopp på å gå fra A til C? Figure oefor er e skisse a situasjoe. l er lijale, og g er greselija mellom de to områdee I og II. Bølgee har beegelsesretigee AB og BC i de to områdee. Figure øerst i este spalte iser hor høyt aoerflate står oer bue a karet lags lija AB ed tidee t = 0, t = 0,05 s og t = 0,050 s. Alle tider er iefor de samme periode. 4 Hilke størrelse eller hilke størrelser edrer seg år lydbølger går fra luft og i i e ae gass? Er det ) frekese ) bølgelegde 3) bølgefarte 5 I e atak går det bølger fra et dypt område til et grut område. På det dype området er bølgefarte 0,4 m/s, mes farte på det grue området er 0,30 m/s. Vikele mellom fartsretige til bølgee på det dype området og greselija mellom dypt og grut a er 30. a) Teg figur. b) Fi ikele mellom greselija og fartsretige til bølgee på det grue området. ) Ha er forholdet mellom bølgelegdee på det dype og på det grue området? Og frekesee? Forklar. / RSTett

7 6 For lys med frekese 5,0 0 4 Hz er bølgefarte i diamat d =,5 0 8 m/s. I is er bølgefarte este dobbelt så stor (,9 0 8 m/s). I akuum er lysfarte 0 = 3, m/s. a) Ha er frekese til dette lyset i is? b) Ha er brytigsidekse for disse stoffee med dette lyset? 7 Bereg lysfarte i diamat med tre siffers øyaktighet. Sett brytigsidekse for diamat til,4. 8 Esfarget lys går fra luft til glass. Ha skjer da med frekese, bølgelegde og farte til lyset? Agi i hert tilfelle om erdie miker, er uedret eller øker. / RSTett