דיפרקציה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| gap/ɡæp/ | חריץ |
| diffraction/dɪˈfrækʃn/ | התאבכות |
| obstacle/ˈɒbstəkl/ | מחסום |
| wavelength/ˈweɪvleŋθ/ | אורך גל |
| ripple tank/ˈrɪpl tæŋk/ | אגן גלים |
| single slit/ˈsɪŋɡl slɪt/ | חריץ יחיד |
| diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ | רשת עיכוב |
שמע אך לא ראיתי
- ניתן לשמוע מישהו מאחורי פינה — אך לא לראות אותו.
- גם קול וגם אור מגיעים לפתח, אך רק קול מתכופף סביבו.
- ההבדל הוא בפיזור.
מהו פיזור
- פיזור הוא התפשטותו של גל כאשר הוא עובר דרך פתח או סביב קצה מחסום.
- כל הגלים עושים זאת — מים, קול, אור, מיקרוגלים. המהירות, אורך הגל והתדר אינם משתנים; רק הכיוון מתפשט.
גלים שמצטברים ומבידדים
שני גלים המשתלבים מצטברים שם שהם בפאזה ומבידדים שם שהם מחוצה לפאזה – שינוי הפאזה כדי לראות את התוצאה. זה מה שיוצר דפוסי עקיפה.
עקיפה היא ____ של גל כאשר הוא עובר דרך פתח.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
עקיפה היא התפשטות (כיפוף) של גל בפתח או במחסום.
כל הגלים יכולים להתעקף.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כן — מים, קול, אור ומיקרוגלים כולם מתפשטים בפתח או בקצה.
עקיפה היא ____ של גל כאשר הוא עובר דרך פתח או סביב מחסום.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
התפשטות, לא כיפוף: שבירה מכופפת גל בגבול, והמילים השתיים מסומנות בצורה שונה.
כמה הוא מתפשט
- פתח רחב הרבה יותר מ-$\lambda$ → הגל עובר כמעט ישר.
- פתח בגודל הדומה ל-$\lambda$ → הוא מתפשט בחוזקה.
התפרקות באגן גלים — פתח רחב (a) מפזר את הגלים מעט, פתח צר (b) הרבה יותר
גל מתפשט הכי הרבה כאשר הפתח הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כאשר הפתח ≈ אורך הגל, הגל מתפשט בחוזקה; פתח רחב הרבה יותר מאפשר לו לעבור כמעט ישר.
הקטנת רוחב הפתח גורמת לגלים להתפשט ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
פתח צר יותר (קרוב לאורך גל אחד) נותן פיזור חזק יותר.
התאם כל פתח לכמות התפשטות הגל מעבר לו.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
פיזור מקסימלי מתרחש כאשר הפתח ואורך הגל הם בגודל דומה, והוא פוחת ככל שהפתח הופך לרחב הרבה מאורך הגל.
מתי הגל מפוזר הכי הרבה דרך פתח? סמן את כל האפשרויות המתאימות.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
זוהי הסיבה שאתה שומע סביב פתח דלת אך לא יכול לראות סביבו: אורך הגל של הצליל הוא כמטר, ואורך הגל של האור קטן ממיקרומטר.
מדוע שומעים אך אינו רואים
- קול בעל $\lambda \approx 1\ \text{m}$: קרוב לרוחב דלת, ולכן הוא מתפשט סביב הפינה.
- אור בעל $\lambda \approx 500\ \text{nm}$: קטן משמעותית מהפתח, ולכן כמעט אינו מתפשט.
ניתן לשמוע אך לא לראות סביב פינה מכיוון שאורך הגל של הצליל גדול הרבה יותר מאורך הגל של האור.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אורך הגל של הצליל (~1 מ') קרוב לגודל הפער, ולכן מתפרק; אורך הגל של האור (~500 ננומטר) קטן משמעותית, ולכן מתפרק רק מעט.
מראה האור המתפרק
- אור לייזר העובר דרך סדק יחיד נותן פס מרכזי רחב ובהיר עם פסים חלשים יותר משני צדדיו.
- דרך רשת התפרקות (סדקים רבים) האור מתרכז בקווים חדים וצרים בזוויות מסוימות: מקסימום מרכזי גבוה, ולאחר מכן שיאים סימטריים ב$\pm\theta_1$, $\pm\theta_2$ שהופכים לחלשים יותר ככל שמרחיקים.
- הזוויות עוקבות אחרי $d\sin\theta = n\lambda$ – הלימוד הבא ישתמש בו במלואו.
לרשת יש 500 קווים למ"מ. מהו המרווח בין החריצים d, ביחידות של 1e-6 מ'?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
d = 1e-3/500 = 2.0e-6 מ'. הכנסת ישירות של "קווים למ"מ" בנוסחה d sin(theta) = n lambda היא טעות נפוצה; עליך להפוך את הערך תחילה.
דוגמה מפורטת: איפה הנפוצות הקווים בהירים
אור לייזר באורך גל $600\ \text{nm}$ פוגע בניצול על רשת whose lines are $5.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ זה מזה. מצאו את זווית הקו מהדרגה השנייה ואת גרף העוצמה מ$-15^\circ$ עד $+15^\circ$. לאחר מכן מונח מסנן קיטוב בתוך הקרן.
- דרגה שנייה: $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 600 \times 10^{-9}}{5.0 \times 10^{-6}} = 0.24$, לכן $\theta = 14^\circ$.
- דרגה ראשונה: $\sin\theta = 0.12$, לכן $\theta = 6.9^\circ$.
- גרף: תל עוצמה צר וגבוה ב$0^\circ$, תלים קטנים יותר ב$\pm 6.9^\circ$, קטנים עוד יותר ב$\pm 14^\circ$, וכמעט כלום ביניהם.
- עם מסנן הקיטוב: כל תל עוצמה הוא חצי בגובהו (אור לא-קיטוב העובר דרך מסנן אחד), אך הזוויות נשארות ללא שינוי – המסנן אינו משנה את אורך הגל.
אור באורך גל $500\ \text{nm}$ נופט אנכות על רשת עם קווים המרוחקים ב-$4.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ זה מזה. באיזה זווית, במעלות, נמצאת המקסימום מסדר השני?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 500 \times 10^{-9}}{4.0 \times 10^{-6}} = 0.25$, ולכן $\theta = 14.5^\circ$.
התפרקות היא לא שבירה ואינה אינה החזרה: הגל שומר על אותה מהירות, אורך גל ותדר, ומתפשט רק בכיוונו. התפשטות גדולה יותר אינה מעידה על אנרגיה גדולה יותר – אותה אנרגיה מחולקת על אזור רחב יותר, ולכן הגל מאחורי פתח צר הוא חלש יותר בכל כיוון בודד.
גל מים עובר דרך פתח צר ומתפשט. אילו גודלים נשארים ללא שינוי? בחר את כל התשובות המתאימות.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
התפרקות משנה רק את הכיוון שבו האנרגיה נעתרת. מהירות, אורך גל ותדירות קבועים על ידי המדיה והמקור ואינם משתנים בפתח.
ראייה במעבדה
- אגן גלים: גלים מישוריים פוגעים בקיר עם פתח; הצמצמת הפתח (או הארכת $\lambda$ על ידי הורדת מהירות המשוט) גורמים לקמטי הגל המתעגלים להתפשט יותר.
- לייזר וסדק יחיד: תבנית של פסים על מסך מרוחק; סדק צר יותר נותן פס מרכזי רחב יותר.
- לייזר ורשת: שורה של נקודות חדות; רשת עדינה יותר (יותר קווים למ"מ) דוחפת את הנקודות רחוק יותר זו מזו.
הבנתך מושלמת
- התפרקות = התפשטות גל דרך פתח או סביב מכשול (כל הגלים עושים זאת; מהירות, $\lambda$ ו$f$ נשארים ללא שינוי)
- מתפשט ביותר כאשר הפער הוא כעבור אורך גל אחד
- קול מתפזר סביב פינות ($\lambda$ גדול); אור כמעט לא עושה זאת ($\lambda$ זעיר), ולכן נדרש חריץ או רשת כדי להראות זאת
- רשת נותנת מקסימום חד ב$d\sin\theta = n\lambda$; פילטר מקיף מחצית אותם ללא הזזת מיקום