Skip to content · ⁨Перейти к содержанию⁩

Waves, Sound, and Physical Optics · ⁨Волны, звук и физическая оптика⁩

AP Physics 2 · ⁨AP Физика 2⁩ · Topic 14 · ⁨Тема 14⁩

Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
7:50

Волны, звук и физическая оптика

Подуйте мыльный пузырь и присмотритесь. Пленка тоньше волоса, не имеет собственного цвета, а падающий на нее свет — обычный белый. Тем не менее…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

14.1

Properties of Wave Pulses and Waves · ⁨Свойства волновых импульсов и волн⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.1.A: Describe the physical properties of waves and wave pulses.

  • 14.1.A.1 Waves transfer energy between two locations without transferring matter between those locations.
    • 14.1.A.1.i A wave pulse is a single disturbance that transfers energy without transferring matter between two locations.
    • 14.1.A.1.ii A wave is modeled as a continuous, periodic disturbance with well-defined wavelength and frequency.
  • 14.1.A.2 Mechanical waves or wave pulses require a medium in which to propagate. Electromagnetic waves or wave pulses do not require a medium in which to propagate.
  • 14.1.A.3 The speed at which a wave or wave pulse propagates through a medium depends on the type of wave and the properties of the medium.
    • 14.1.A.3.i The speed of all electromagnetic waves in a vacuum is a universal physical constant, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
    • 14.1.A.3.ii The speed at which a wave pulse or wave propagates along a string is dependent upon the tension in the string, $F_T$, and the mass per length of the string.
      • Equation: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
    • 14.1.A.3.iii In a given medium, the speed of sound waves increases with the temperature of the medium.
  • 14.1.A.4 In a transverse wave, the direction of the disturbance is perpendicular to the direction of propagation of the wave.
  • 14.1.A.5 In a longitudinal wave, the direction of the disturbance is parallel to the direction of propagation of the wave.
    • 14.1.A.5.i Sound waves are modeled as mechanical longitudinal waves.
    • 14.1.A.5.ii The regions of high and low pressure in a sound wave are called compressions and rarefactions, respectively.
  • 14.1.A.6 Amplitude is the maximum displacement of a wave from its equilibrium position.
    • 14.1.A.6.i The amplitude of a longitudinal pressure wave may be determined by the maximum increase or decrease in pressure from equilibrium pressure.
    • 14.1.A.6.ii The loudness of a sound increases with increasing amplitude.
    • 14.1.A.6.iii The energy carried by a wave increases with increasing amplitude.
Русский

Цель обучения 14.1.A: Описать физические свойства волн и волновых импульсов.

  • 14.1.A.1 Волны передают энергию между двумя точками без переноса вещества между этими точками.
    • 14.1.A.1.i Волновой импульс — это одиночное возмущение, которое передает энергию без переноса вещества между двумя точками.
    • 14.1.A.1.ii Волна моделируется как непрерывное периодическое возмущение с четко определенными длиной волны и частотой.
  • 14.1.A.2 Механические волны или волновые импульсы требуют среды для распространения. Электромагнитные волны или волновые импульсы не требуют среды для распространения.
  • 14.1.A.3 Скорость распространения волны или волнового импульса в среде зависит от типа волны и свойств среды.
    • 14.1.A.3.i Скорость всех электромагнитных волн в вакууме является универсальной физической константой, $c = 3.00 \times 10^{8}$ м/с.
    • 14.1.A.3.ii Скорость распространения волнового импульса или волны вдоль струны зависит от натяжения струны, $F_T$, и массы на единицу длины струны.
      • Уравнение: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
    • 14.1.A.3.iii В данной среде скорость звуковых волн увеличивается с повышением температуры среды.
  • 14.1.A.4 В поперечной волне направление возмущения перпендикулярно направлению распространения волны.
  • 14.1.A.5 В продольной волне направление возмущения параллельно направлению распространения волны.
    • 14.1.A.5.i Звуковые волны моделируются как механические продольные волны.
    • 14.1.A.5.ii Области высокого и низкого давления в звуковой волне называются соответственно сжатиями и разрежениями.
  • 14.1.A.6 Амплитуда — это максимальное смещение волны от положения равновесия.
    • 14.1.A.6.i Амплитуду продольной волны давления можно определить по максимальному увеличению или уменьшению давления относительно давления равновесия.
    • 14.1.A.6.ii Громкость звука увеличивается с ростом амплитуды.
    • 14.1.A.6.iii Энергия, переносимая волной, увеличивается с ростом амплитуды.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

A wave 波 carries energy through a medium (or space) without carrying the matter along. A single disturbance is a pulse; a repeating one is a wave. Two types:

  • Transverse 横波: the medium moves perpendicular to the wave's travel (a wave on a rope, light).
  • Longitudinal 纵波: the medium moves along the direction of travel (sound).
Русский
Интерференция в волновом резервуаре: пути волн складываются конструктивно и деструктивно
Интерференция в волновом резервуаре: пути волн складываются конструктивно и деструктивно

Волна переносит энергию через среду (или пространство), не перенося саму материю. Одиночное возмущение называется импульсом; повторяющееся — волной. Два типа:

Поперечная волна: среда движется под прямым углом к направлению распространения волны
Поперечная волна: среда колеблется под прямым углом к направлению распространения волны
  • Поперечные: среда движется перпендикулярно направлению распространения волны (волна на веревке, свет).
  • Длинные: среда движется вдоль направления распространения (звук).
Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
wave/weɪv/ волну
Transverse/trænsˈvɜːs/ Поперечная
14.2

Periodic Waves · ⁨Периодические волны⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.2.A: Describe the physical properties of a periodic wave.

  • 14.2.A.1 Periodic waves have regular repetitions that can be described using period and frequency.
    • 14.2.A.1.i The period is the time for one complete oscillation of the wave.
    • 14.2.A.1.ii The frequency is the rate at which the wave repeats.
      • Equation: $T = \dfrac{1}{f}$
    • 14.2.A.1.iii The amplitude of a wave is independent of the period and the frequency of that wave.
    • 14.2.A.1.iv The energy of a wave increases with increasing frequency.
    • 14.2.A.1.v The frequency of a sound wave is related to its pitch.
    • 14.2.A.1.vi Wavelength is the distance between successive corresponding positions (such as peaks or troughs) on a wave.
  • 14.2.A.2 A sinusoidal wave can be described by equations for the displacement from equilibrium at a specific location as a function of time. A wave can also be described by an equation for the displacement from equilibrium at a specific time as a function of position.
    • Equation: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
    • Equation: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
  • 14.2.A.3 For a periodic wave, the wavelength is proportional to the wave's speed and inversely proportional to the wave's frequency.
    • Equation: $\lambda = \dfrac{v}{f}$
Русский

Цель обучения 14.2.A: Описать физические свойства периодической волны.

  • 14.2.A.1 Периодические волны имеют регулярные повторения, которые можно описать с помощью периода и частоты.
    • 14.2.A.1.i Период — это время одного полного колебания волны.
    • 14.2.A.1.ii Частота — это скорость, с которой волна повторяется.
      • Уравнение: $T = \dfrac{1}{f}$
    • 14.2.A.1.iii Амплитуда волны не зависит от периода и частоты этой волны.
    • 14.2.A.1.iv Энергия волны увеличивается с ростом частоты.
    • 14.2.A.1.v Частота звуковой волны связана с ее высотой тона.
    • 14.2.A.1.vi Длина волны — это расстояние между последовательными соответствующими позициями (например, гребнями или впадинами) на волне.
  • 14.2.A.2 Синусоидальную волну можно описать уравнениями смещения от положения равновесия в конкретной точке как функции времени. Волну также можно описать уравнением смещения от положения равновесия в конкретный момент времени как функции координаты.
    • Уравнение: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
    • Уравнение: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
  • 14.2.A.3 Для периодической волны длина волны пропорциональна скорости распространения волны и обратно пропорциональна частоте волны.
    • Уравнение: $\lambda = \dfrac{v}{f}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English
Transverse vs longitudinal waves

A repeating wave is described by:

  • wavelength 波长 $\lambda$ (distance between repeats),
  • frequency 频率 $f$ (cycles per second) and period $T=1/f$,
  • amplitude 振幅 $A$ (maximum displacement – related to energy),
  • wave speed 波速 $v=f\lambda$, set by the medium, not the source.

Worked example. A musical note has frequency $340\ \text{Hz}$ and the speed of sound is $340\ \text{m/s}$. Its wavelength is $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. If the same note travels into water (where sound moves at $\approx 1500\ \text{m/s}$) the frequency stays $340\ \text{Hz}$ but the wavelength stretches to $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – the source sets the frequency, the medium sets the speed and hence the wavelength.

Русский
Поперечные против продольных волн

Повторяющаяся волна описывается следующими параметрами:

График зависимости смещения от расстояния показывает амплитуду и длину волны
График смещения от расстояния показывает амплитуду и длину волны
  • длина волны $\lambda$ (расстояние между повторами),
  • частота $f$ (циклы в секунду) и период $T=1/f$,
  • амплитуда $A$ (максимальное смещение — связано с энергией),
  • скорость волны $v=f\lambda$, определяемая средой, а не источником.

Разобранный пример. Музыкальная нота имеет частоту $340\ \text{Hz}$, а скорость звука равна $340\ \text{m/s}$. Её длина волны составляет $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. Если та же нота переходит в воду (где звук распространяется со скоростью $\approx 1500\ \text{m/s}$), частота остается неизменной $340\ \text{Hz}$, но длина волны растягивается до $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ — источник задает частоту, среда задает скорость и, следовательно, длину волны.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Send a periodic wave · ⁨Отправьте периодическую волну⁩

A periodic wave carries energy without moving matter. Its speed $v=f\lambda$ links frequency and wavelength; raise the frequency and the wavelength shrinks. · ⁨Периодическая волна переносит энергию без переноса вещества. Её скорость $v=f\lambda$ связывает частоту и длину волны; увеличьте частоту, и длина волны сократится.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
Longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ Лонгитюдный
wavelength/ˈweɪvleŋθ/ длину волны
frequency/ˈfriːkwənsi/ частоту
amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ точке амплитуды
wave speed/weɪv spiːd/ скорость волны
Polarization/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ поляризация
intensity/ɪnˈtensɪti/ интенсивность
Electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ Электромагнитные волны
14.3

Boundary Behavior and Polarization · ⁨Поведение на границе и поляризация⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.3.A: Describe the interaction between a wave and a boundary.

  • 14.3.A.1 A wave that travels from one medium to another can be transmitted or reflected, depending on the properties of the boundary separating the two media.
    • 14.3.A.1.i A wave traveling from one medium to another (for example, a wave traveling between low-mass and high-mass strings) will result in reflected and transmitted waves.
    • 14.3.A.1.ii A reflected wave is inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave decreases.
    • 14.3.A.1.iii A reflected wave is not inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave increases.
    • 14.3.A.1.iv The frequency of a wave does not change when it travels from one medium to another.
  • 14.3.A.2 Transverse waves that are reflected from a surface, refracted through a medium, or pass through specific openings may be polarized.
    • 14.3.A.2.i Transverse waves can be polarized and oscillate in a single plane.
    • 14.3.A.2.ii Longitudinal waves cannot be polarized.
  • 14.3.A.3 Polarization of a wave may result in a reduction of the wave's intensity.
    • 14.3.A.3.i Intensity is a measure of the amount of power transferred per unit area.
    • 14.3.A.3.ii The intensity of a wave is the average power per unit area over one period of the wave.
Русский

Цель обучения 14.3.A: Описать взаимодействие волны с границей раздела сред.

  • 14.3.A.1 Волна, переходящая из одной среды в другую, может преломляться (проходить) или отражаться в зависимости от свойств границы, разделяющей две среды.
    • 14.3.A.1.i При переходе волны из одной среды в другую (например, при движении волны между струнами малой и большой массы) образуются отраженная и прошедшая волны.
    • 14.3.A.1.ii Отраженная волна инвертируется (переворачивается), если прошедшая волна движется в среду, в которой скорость волны уменьшается.
    • 14.3.A.1.iii Отраженная волна не инвертируется, если прошедшая волна движется в среду, в которой скорость волны увеличивается.
    • 14.3.A.1.iv Частота волны не изменяется при переходе из одной среды в другую.
  • 14.3.A.2 Поперечные волны, отраженные от поверхности, преломленные в среде или прошедшие через определенные отверстия, могут быть поляризованы.
    • 14.3.A.2.i Поперечные волны могут быть поляризованы и колеблются в одной плоскости.
    • 14.3.A.2.ii Продольные волны не могут быть поляризованы.
  • 14.3.A.3 Поляризация волны может привести к снижению ее интенсивности.
    • 14.3.A.3.i Интенсивность — это мера количества мощности, передаваемой на единицу площади.
    • 14.3.A.3.ii Интенсивность волны — это средняя мощность на единицу площади за один период волны.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English
Total internal reflection

At a boundary a wave partly reflects and partly transmits. Reflecting off a denser medium inverts the wave; off a less-dense medium it does not. Polarization 偏振 applies to transverse waves only: a polarizer passes just one direction of oscillation, which is why polarized sunglasses cut glare.

The effect of a polarizer is measured through intensity 强度 - the average power a wave delivers per unit area over one period, in $\text{W m}^{-2}$. Because a polarizer removes the components of the oscillation that are not aligned with it, it reduces the wave's intensity: unpolarized light passing a single ideal polarizer drops to half its intensity, and a second polarizer at an angle cuts it further. Intensity also falls with distance from a source, since the same power spreads over a larger area.

Русский
Полное внутреннее отражение

На границе раздела волна частично отражается и частично проходит. При отражении от более плотной среды волна инвертируется; от менее плотной — нет. Поляризация относится только к поперечным волнам: поляризатор пропускает только одно направление колебаний, поэтому поляризованные очки снижают блики.

Эффект поляризатора измеряется через интенсивность — среднюю мощность, которую волна переносит на единицу площади за один период, в $\text{W m}^{-2}$. Поскольку поляризатор устраняет составляющие колебаний, не совпадающие с его осью, он снижает интенсивность волны: неполяризованный свет, проходя через один идеальный поляризатор, снижает свою интенсивность вдвое, а второй поляризатор под углом снижает её еще больше. Интенсивность также убывает с расстоянием от источника, поскольку та же мощность распределяется по большей площади.

Неполяризованные волны колеблются во многих плоскостях; поляризованная волна колеблется в одной плоскости
Неполяризованные волны колеблются во многих плоскостях; поляризованная волна колеблется в одной
14.4

Electromagnetic Waves · ⁨Электромагнитные волны⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.4.A: Describe the properties of an electromagnetic wave.

  • 14.4.A.1 Electromagnetic waves consist of oscillating electric and magnetic fields that are mutually perpendicular.
    • 14.4.A.1.i Electromagnetic waves are transverse waves because the oscillations of the electric and magnetic fields are perpendicular to the direction of propagation.
    • 14.4.A.1.ii Electromagnetic waves are commonly assumed to be plane waves, which are characterized by planar wave fronts.
  • 14.4.A.2 Electromagnetic waves do not need a medium through which to propagate.
  • 14.4.A.3 Categories of electromagnetic waves are characterized by their wavelengths.
    • 14.4.A.3.i Categories of electromagnetic waves include (in order of decreasing wavelength, spanning a range from kilometers to picometers) radio waves, microwaves, infrared, visible, ultraviolet, X-rays, and gamma rays.
    • 14.4.A.3.ii Visible electromagnetic waves are further broken into categories of color, including (in order of decreasing wavelength) red, orange, yellow, green, blue, and violet.
    • 14.4.A.3.iii Visible electromagnetic waves are also called light. Sometimes, electromagnetic waves of all wavelengths are collectively referred to as light or electromagnetic radiation.

Boundary statement: AP Physics 2 expects students to know the ordering of the electromagnetic spectrum (including visible light). However, students will not be expected to define exact wavelength ranges within the electromagnetic spectrum.

Русский

Цель обучения 14.4.A: Описать свойства электромагнитной волны.

  • 14.4.A.1 Электромагнитные волны состоят из колеблющихся электрического и магнитного полей, которые взаимно перпендикулярны.
    • 14.4.A.1.i Электромагнитные волны являются поперечными, поскольку колебания электрического и магнитного полей перпендикулярны направлению распространения.
    • 14.4.A.1.ii Электромагнитные волны обычно рассматриваются как плоские волны, характеризующиеся плоскими волновыми фронтами.
  • 14.4.A.2 Электромагнитным волнам не требуется среда для распространения.
  • 14.4.A.3 Различные категории электромагнитных волн характеризуются их длинами волн.
    • 14.4.A.3.i Категории электромагнитных волн включают (в порядке убывания длины волны, охватывая диапазон от километров до пикометров): радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение.
    • 14.4.A.3.ii Видимые электромагнитные волны дополнительно делятся на цветовые категории, включая (в порядке убывания длины волны): красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый.
    • 14.4.A.3.iii Видимые электромагнитные волны также называют светом. Иногда электромагнитные волны всех длин волн объединенно называют светом или электромагнитным излучением.

Граница требований: AP Physics 2 предполагает, что студенты знают порядок электромагнитного спектра (включая видимый свет). Однако от студентов не ожидается знание точных диапазонов длин волн внутри электромагнитного спектра.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Electromagnetic waves 电磁波 are oscillating electric and magnetic fields that travel through vacuum at the speed of light $c$, needing no medium. They span the spectrum from radio to gamma rays; higher frequency means shorter wavelength and higher photon energy.

Русский

Электромагнитные волны — это колеблющиеся электрическое и магнитное поля, которые распространяются в вакууме со скоростью света $c$, не нуждаясь в среде. Они охватывают спектр от радиоволн до гамма-лучей; более высокая частота означает более короткую длину волны и большую энергию фотона.

Электромагнитный спектр: от радиоволн до гамма-излучения
Электромагнитный спектр, от радиоволн до гамма-лучей
14.5

The Doppler Effect · ⁨Эффект Доплера⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.5.A: Describe the properties of a wave based on the relative motion between the source of the wave and the observer of the wave.

  • 14.5.A.1 The Doppler effect describes the relationship between the rest frequency of a wave source, the observed frequency of the source, and the relative velocity of the source and the observer.
  • 14.5.A.2 A greater relative velocity results in a greater measured difference between the observed and rest frequencies.
    • 14.5.A.2.i For a wave source moving at the same velocity as the observer, the observed frequency is equal to the rest frequency.
    • 14.5.A.2.ii For a wave source moving toward an observer, the observed frequency is greater than the rest frequency.
    • 14.5.A.2.iii For a wave source moving away from an observer, the observed frequency is less than the rest frequency.

Boundary statement: Only qualitative treatments of the Doppler effect are required for AP Physics 2.

Русский

Цель обучения 14.5.A: Описать свойства волны на основе относительного движения источника волны и наблюдателя.

  • 14.5.A.1 Эффект Доплера описывает соотношение между собственной частотой источника волны, наблюдаемой частотой источника и относительной скоростью источника и наблюдателя.
  • 14.5.A.2 Большая относительная скорость приводит к большему измеряемому различию между наблюдаемой и собственной частотами.
    • 14.5.A.2.i Для источника волны, движущегося с той же скоростью, что и наблюдатель, наблюдаемая частота равна собственной частоте.
    • 14.5.A.2.ii Для источника волны, движущегося навстречу наблюдателю, наблюдаемая частота больше собственной частоты.
    • 14.5.A.2.iii Для источника волны, удаляющегося от наблюдателя, наблюдаемая частота меньше собственной частоты.

Граница требований: Для AP Physics 2 требуется только качественное рассмотрение эффекта Доплера.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English
The Doppler effect

The Doppler effect 多普勒效应 is the change in observed frequency when a wave source and observer move relative to each other. Approaching $\Rightarrow$ higher frequency (shorter wavelength); receding $\Rightarrow$ lower frequency. It explains a passing siren's drop in pitch and the redshift of receding galaxies.

Русский
Эффект Доплера

Эффект Доплера — это изменение наблюдаемой частоты, когда источник волны и наблюдатель движутся относительно друг друга. Сближение $\Rightarrow$ приводит к более высокой частоте (короткой длине волны); удаление $\Rightarrow$ — к более низкой частоте. Это объясняет падение тона passing сирены и красное смещение удаляющихся галактик.

Движущийся источник сжимает волновые фронты перед собой, повышая наблюдаемую частоту
Движущийся источник сжимает волновые фронты перед собой, повышая наблюдаемую частоту
Explore · ⁨Исследовать⁩

Hear the Doppler shift · ⁨Услышьте эффект Доплера⁩

When a source moves, waves bunch up ahead (higher frequency) and stretch behind (lower) — the Doppler effect. Speed it up to exaggerate the shift. · ⁨Когда источник движется, волны сгущаются впереди (высокая частота) и растягиваются позади (низкая частота) — это эффект Доплера. Увеличьте скорость, чтобы усилить сдвиг.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
Doppler effect/ˈdɒplə ɪˈfekt/ Эффект Доплера
Constructive interference/kənˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ конструктивная интерференция
destructive interference/dɪˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ деструктивная интерференция
14.6

Wave Interference and Standing Waves · ⁨Интерференция волн и стоячие волны⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.6.A: Describe the net disturbance that occurs when two or more wave pulses or waves overlap.

  • 14.6.A.1 Wave interference is the interaction of two or more wave pulses or waves.
  • 14.6.A.2 When two or more wave pulses or waves interact with each other, they travel through each other and overlap rather than bouncing off each other.
  • 14.6.A.3 When two or more wave pulses or waves overlap, the resulting displacement can be determined by adding the individual displacements. This is called superposition.
  • 14.6.A.4 Wave interference may be constructive or destructive.
    • 14.6.A.4.i When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in the same direction, the interaction is called constructive interference.
    • 14.6.A.4.ii When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in opposite directions, the interaction is called destructive interference.
    • 14.6.A.4.iii Two or more traveling wave pulses or waves can interact in such a way as to produce amplitude variations in the resultant wave pulse or wave.
  • 14.6.A.5 Visual representations of wave pulses or waves are useful in determining the result of two interacting wave pulses or waves.
  • 14.6.A.6 Beats arise from the addition of two waves of slightly different frequency.
    • 14.6.A.6.i Waves with different frequencies are sometimes in phase and sometimes out of phase at locations along the waves, causing periodic amplitude changes in the resultant wave.
    • 14.6.A.6.ii The beat frequency is the difference in the frequencies of the two waves.
      • Equation: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
    • 14.6.A.6.iii Tuning forks are devices that are commonly used to demonstrate beat frequencies.

Learning Objective 14.6.B: Describe the properties of a standing wave.

  • 14.6.B.1 Standing waves can result from interference between two waves that are confined to a region and traveling in opposite directions.
    • 14.6.B.1.i Standing waves have nodes and antinodes. A node is a point on the standing wave where the amplitude is always zero. An antinode is a point on the standing wave where the amplitude is always at maximum.
    • 14.6.B.1.ii The possible wavelengths of a standing wave are determined by the size and boundary conditions of the region to which it is confined.
    • 14.6.B.1.iii Common regions where standing waves can form include pipes with open or closed ends, as well as strings with fixed or loose ends.
  • 14.6.B.2 A standing wave with the longest possible wavelength is called the fundamental or first harmonic. The second-longest wavelength is typically called the second harmonic, the third-longest wavelength is called the third harmonic, and so on. However, for a standing wave with a node at one end and an antinode at the other end, only odd harmonics can be established.
  • 14.6.B.3 Visual representations of standing waves are useful in determining the relationships between length of the region, wavelength, frequency, wave speed, and harmonic.
Русский

Цель обучения 14.6.A: Описать результирующее возмущение, возникающее при наложении двух или более волновых импульсов или волн.

  • 14.6.A.1 Интерференция волн — это взаимодействие двух или более волновых импульсов или волн.
  • 14.6.A.2 Когда два или более волновых импульса или волны взаимодействуют друг с другом, они проходят сквозь друг друга и накладываются, а не отскакивают друг от друга.
  • 14.6.A.3 Когда два или более волновых импульса или волн накладываются, resulting смещение можно определить путем сложения отдельных смещений. Это называется суперпозицией.
  • 14.6.A.4 Интерференция волн может быть конструктивной или деструктивной.
    • 14.6.A.4.i Когда смещения накладываемых волновых импульсов или волн направлены в одну сторону, взаимодействие называется конструктивной интерференцией.
    • 14.6.A.4.ii Когда смещения накладываемых волновых импульсов или волн направлены в противоположные стороны, взаимодействие называется деструктивной интерференцией.
    • 14.6.A.4.iii Два или более бегущих волновых импульса или волны могут взаимодействовать таким образом, чтобы вызвать вариации амплитуды в результирующем волновом импульсе или волне.
  • 14.6.A.5 Визуальные представления волновых импульсов или волн полезны для определения результата взаимодействия двух волновых импульсов или волн.
  • 14.6.A.6 Биты возникают в результате сложения двух волн с немного различающимися частотами.
    • 14.6.A.6.i Волны с разными частотами иногда находятся в фазе, а иногда вне фазы в точках вдоль распространения, что вызывает периодические изменения амплитуды результирующей волны.
    • 14.6.A.6.ii Частота бит равна разности частот двух волн.
      • Уравнение: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
    • 14.6.A.6.iii Звуковые камертоны — устройства, которые часто используются для демонстрации явления бит.

Цель обучения 14.6.B: Описать свойства стоячей волны.

  • 14.6.B.1 Стоячие волны могут возникать в результате интерференции двух волн, ограниченных областью пространства и движущихся навстречу друг другу.
    • 14.6.B.1.i Стоячие волны имеют узлы и пучности. Узел — это точка на стоячей волне, где амплитуда всегда равна нулю. Пучность — это точка на стоячей волне, где амплитуда всегда максимальна.
    • 14.6.B.1.ii Возможные длины волн стоячей волны определяются размерами и граничными условиями области, в которой она ограничена.
    • 14.6.B.1.iii Типичными областями возникновения стоячих волн являются трубы с открытыми или закрытыми концами, а также струны с закрепленными или свободными концами.
  • 14.6.B.2 Стоячая волна с максимально возможной длиной волны называется основной тональностью или первой гармоникой. Вторая по длине длина волны обычно называется второй гармоникой, третья — третьей гармоникой и так далее. Однако для стоячей волны с узлом на одном конце и пучностью на другом могут существовать только нечетные гармоники.
  • 14.6.B.3 Визуальные представления стоячих волн полезны для определения взаимосвязей между длиной области, длиной волны, частотой, скоростью распространения волны и номером гармоники.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English
Standing (stationary) waves

When waves overlap they superpose (add). Constructive interference 相长干涉 (crests aligned) gives a bigger wave; destructive interference 相消干涉 (crest on trough) cancels. Two waves travelling opposite ways in a bounded medium form a standing wave 驻波 with fixed nodes 波节 (no motion) and antinodes 波腹 (maximum motion) – the basis of resonance on strings and in pipes.

Worked example. A guitar string $0.65\ \text{m}$ long is fixed at both ends. Its fundamental (first harmonic) fits half a wavelength between the ends, so $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. If waves travel along the string at $260\ \text{m/s}$, the note's frequency is $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Shortening the string (a fret) raises the pitch.

When two waves of slightly different frequency overlap, they drift in and out of step, so the combined sound swells loud and soft in a slow throb called beats 拍. The beat frequency 拍频 is simply the difference of the two frequencies:

$$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
Two tuning forks of $256\ \text{Hz}$ and $260\ \text{Hz}$ sounded together give $|260-256|=4$ beats each second; a musician tunes an instrument by slowing these beats towards zero against a reference note.

Русский
Стоячие (неподвижные) волны

Когда волны накладываются друг на друга, они суперпозиционируются (складываются). Конструктивная интерференция (совпадение гребней) дает большую волну; деструктивная интерференция (гребень на впадине) приводит к взаимной компенсации. Две волны, движущиеся навстречу друг другу в ограниченном пространстве, образуют стоячую волну с фиксированными узлами (местами отсутствия колебаний) и пучностями (местами максимальной амплитуды) — это основа резонанса на струнах и в трубках.

Стоячая волна образуется там, где накладываются две волны, движущиеся навстречу друг другу
Стоячая волна образуется там, где накладываются две волны, движущиеся навстречу друг другу

Разбор примера. Гитарная струна $0.65\ \text{m}$ длиной закреплена с обоих концов. Её основная частота (первая гармоника) укладывается между концами как половина длины волны, поэтому $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. Если волны распространяются по струне со скоростью $260\ \text{m/s}$, частота звука составляет $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Укорочение струны (прижатие лада) повышает тон.

Когда накладываются две волны слегка различной частоты, они смещаются относительно друг друга во времени, поэтому суммарный звук то нарастает, то затухает, создавая медленное пульсирование, называемое биениями. Частота биений равна разности этих двух частот:

$$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
Два камертона с частотами $256\ \text{Hz}$ и $260\ \text{Hz}$, звучащие вместе, дают $|260-256|=4$ биений в секунду; музыкант настраивает инструмент, уменьшая число биений до нуля на фоне эталонного тона.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Set up a standing wave · ⁨Настройте стоячую волну⁩

Two waves travelling opposite ways interfere into a standing wave with fixed nodes and antinodes. Only certain frequencies fit, giving the harmonics. · ⁨Две волны, движущиеся навстречу друг другу, интерферируют, образуя стоячую волну с неподвижными узлами и пучностями. Только определенные частоты подходят, создавая обертоны.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
standing wave/ˈstændɪŋ weɪv/ стоячей волны
nodes/nəʊdz/ узлы
antinodes/ˌæntɪˈnəʊdz/ антиузлы
beats/biːts/ биения
beat frequency/biːt ˈfriːkwənsi/ частота биений
14.7

Diffraction · ⁨Дифракция⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.7.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from a wave passing through a single opening.

  • 14.7.A.1 Diffraction is the spreading of a wave around the edges of an obstacle or through an opening.
  • 14.7.A.2 Diffraction is most pronounced when the size of the opening is comparable to the wavelength of the wave.
  • 14.7.A.3 Diffraction of multiple wavefronts through a single opening leads to observable interference patterns.
  • 14.7.A.4 Diffraction is commonly demonstrated by monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on a narrow opening of width $a$ that is a distance $L$ from a screen.
    • 14.7.A.4.i Constructive and destructive interference of multiple wavefronts originating from the opening will result in bright and dark bands on the screen.
    • 14.7.A.4.ii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
    • 14.7.A.4.iii The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the opening width $a$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = a\sin\theta$.
    • 14.7.A.4.iv For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $a$, and $L$ to $y_{\min}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of minimum brightness on the screen.
      • Equation: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
  • 14.7.A.5 The diffraction pattern produced by a wave passing through an opening depends on the shape of the opening.
  • 14.7.A.6 Visual representations of single-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slit and the interacting waves.
Русский

Цель обучения 14.7.A: Описать поведение волны и дифракционную картину, возникающую при прохождении волны через одиночное отверстие.

  • 14.7.A.1 Дифракция — это огибание волнами краев препятствия или прохождение их через отверстие.
  • 14.7.A.2 Дифракция наиболее выражена, когда размер отверстия сопоставим с длиной волны.
  • 14.7.A.3 Дифракция нескольких волновых фронтов через одно отверстие приводит к наблюдаемым картинам интерференции.
  • 14.7.A.4 Дифракцию обычно демонстрируют монохроматический свет с длиной волны $\lambda$, падающий на узкое отверстие шириной $a$, расположенное на расстоянии $L$ от экрана.
    • 14.7.A.4.i Конструктивная и деструктивная интерференция нескольких волновых фронтов, исходящих из отверстия, приведет к появлению светлых и темных полос на экране.
    • 14.7.A.4.ii Степень интерференции между двумя волновыми фронтами зависит от разности хода $\Delta D$ этих фронтов.
    • 14.7.A.4.iii Разность хода $\Delta D$ может быть выражена через ширину отверстия $a$ и угол $\theta$ между направлением распространения волнового фронта и нормалью к отверстию с помощью уравнения $\Delta D = a\sin\theta$.
    • 14.7.A.4.iv Для малых углов, когда $\theta < 10°$, можно использовать приближение малых углов, чтобы связать $\lambda$, $a$ и $L$ со $y_{\min}$ — расстоянием от центра центральной светлой полосы до минимума яркости $m^{\text{th}}$ порядка на экране.
      • Уравнение: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
  • 14.7.A.5 Дифракционная картина, создаваемая волной, проходящей через отверстие, зависит от формы этого отверстия.
  • 14.7.A.6 Визуальные представления картин дифракции на одной щели полезны для определения физических свойств щели и взаимодействующих волн.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Diffraction 衍射 is the bending and spreading of waves around edges or through openings. The spreading is significant when the opening is comparable to the wavelength – so sound (long wavelength) bends around doorways easily, while light (tiny wavelength) needs a very narrow slit.

Русский

Дифракция — это огибание волнами краев препятствий или распространение через отверстия. Значительное отклонение происходит, когда размер отверстия сопоставим с длиной волны: поэтому звук (большая длина волны) легко огибает дверные проемы, а свет (маленькая длина волны) требует очень узкой щели.

Волны расширяются (дифрагируют), проходя через щель
Волны расширяются (дифрагируют), проходя через щель
Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
Diffraction/dɪˈfrækʃn/ Дифракция
Coherent/kəʊˈhɪərənt/ когерентный
diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ дифракционная решётка
thin film/θɪn fɪlm/ тонкая пленка
antireflection coating/ˌæntɪrɪˈflekʃn ˈkəʊtɪŋ/ антиотражающее покрытие
14.8

Double-Slit Interference and Diffraction Gratings · ⁨Интерференция при двойной щели и дифракционные решетки⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
Learning ObjectiveEssential Knowledge

14.8.A
Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from the wave passing through multiple openings.

  • 14.8.A.1 The pattern resulting from monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on two slits a distance $d$ apart is caused by a combination of wave diffraction and wave interference.
    • 14.8.A.1.i When only considering wave interference, a double slit creates a pattern of uniformly spaced maxima.
    • 14.8.A.1.ii Constructive and destructive interference of the wavefronts originating from each slit will result in bright and dark bands on the screen.
    • 14.8.A.1.iii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
    • 14.8.A.1.iv The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the slit separation $d$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = d\sin\theta$.
    • 14.8.A.1.v For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $d$, and $L$ to $y_{\max}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of maximum brightness on the screen.
      • Equation: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.8.A.1.vi When considering wave interference and wave diffraction, a double slit creates an interference pattern of maxima and minima superimposed within the envelope created by single-slit diffraction.
  • 14.8.A.2 Interference patterns produced by light interacting with a double slit indicate that light has wave properties. The source of this discovery was Young's double-slit experiment.
  • 14.8.A.3 Visual representations of double-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slits and the interacting waves.
  • 14.8.A.4 A diffraction grating is a collection of evenly spaced parallel slits or openings that produce an interference pattern that is the combination of numerous diffraction patterns superimposed on each other.
  • 14.8.A.5 When white light is incident on a diffraction grating, the center maximum is white and the higher-order maxima disperse white light into a rainbow of colors, with the longest-wavelength light (red) appearing farthest from the central maximum.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English
Two-source interference

Coherent 相干 light through two closely spaced slits produces a pattern of bright and dark fringes. Bright fringes occur where the path difference is a whole number of wavelengths:

$$d\sin\theta=m\lambda.$$
A diffraction grating 衍射光栅 has many slits, giving sharp, widely spaced bright lines – useful for separating light into its wavelengths.

Worked example. Light of wavelength $600\ \text{nm}$ passes through two slits $0.20\ \text{mm}$ apart. The first bright fringe ($m=1$) sits at

$$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
The tiny angle is why the slits must be very close together and the screen far away to see the fringes clearly.

Русский
Интерференция от двух источников

Когерентный свет, проходящий через две близко расположенные щели, создает полосу чередующихся светлых и темных полос. Светлые полосы возникают там, где разность хода равна целому числу длин волн:

$$d\sin\theta=m\lambda.$$
Дифракционная решетка имеет множество щелей, что дает четкие, широко расставленные светлые линии — полезно для разделения света на составляющие длины волн.

Опыты Юнга с двумя щелями дают интерференционную картину из светлых и темных полос
Опыты Юнга с двумя щелями дают интерференционную картину из светлых и темных полос

Разбор примера. Свет с длиной волны $600\ \text{nm}$ проходит через две щели, расстояние между которыми $0.20\ \text{mm}$. Первая светлая полоса ($m=1$) находится на расстоянии

$$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
Именно малый угол объясняет необходимость очень близкого расположения щелей и удаленного экрана для четкого наблюдения полос.

Радужные цвета, отраженные от поверхности компакт-диска
Мелкие дорожки на CD действуют как дифракционная решетка, расщепляя белый свет на спектр
Explore · ⁨Исследовать⁩

Superpose two waves · ⁨Наложите две волны друг на друга⁩

Where two waves arrive in phase they add (bright fringe); out of phase they cancel (dark fringe). That interference makes the double-slit pattern. · ⁨Там, где две волны приходят в фазе, они складываются (светлая полоса); не в фазе — гасят друг друга (тёмная полоса). Именно эта интерференция создаёт рисунок двойной щели.⁩

14.9

Thin-Film Interference · ⁨Интерференция в тонких пленках⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Learning Objective 14.9.A: Describe the behavior of light that interacts with a thin film.

  • 14.9.A.1 When light travels from one medium to another, some of the light is transmitted, some is reflected, and some is absorbed.
  • 14.9.A.2 The phase change of a reflected ray depends on the relative indices of refraction of the materials with which the ray interacts.
    • 14.9.A.2.i A phase change of 180 degrees occurs when a light ray is reflected from a medium with a greater index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
    • 14.9.A.2.ii No phase change occurs when a light ray is reflected from a medium with a lower index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
  • 14.9.A.3 The phase of a wave does not change when it is refracted as it passes from one medium into another.
  • 14.9.A.4 Thin-film interference occurs when light interacts with a medium whose thickness is comparable to the light's wavelength.
    • 14.9.A.4.i The interactions between the initial reflected light and the light exiting the thin film after being reflected from the second interface exhibit wave interference behavior, resulting in a single wave that is the sum of the two interacting waves.
    • 14.9.A.4.ii The amount of constructive or destructive interference between the two reflected waves depends on the relationship between the thickness of the film, the wavelength of light, any phase shifts, and the angle at which the incident light strikes the film.
  • 14.9.A.5 Practical examples of thin-film interference include the color variations seen in soap bubbles and oil films, as well as antireflection coatings.
    • 14.9.A.5.i The spectrum of colors observed in oil films and soap bubbles arises from differences in the thickness of the film.
    • 14.9.A.5.ii Antireflection coatings eliminate reflected light by applying the relationships between indices of refraction, phase shift, and wave interference to create destructive interference of the light reflected from the two surfaces of the coating.
    • 14.9.A.5.iii The simplest antireflection coating has a thickness equal to one-quarter of the wavelength of the light in the coating, and the index of refraction of the coating is greater than that of air and less than that of the surface upon which the coating is applied. This assumes incident light is normal to the surface.

Boundary statement: Quantitative analysis of thin-film interference is limited to waves that are normal to the incident surface.

Русский

Цель обучения 14.9.A: Описать поведение света, взаимодействующего с тонкой пленкой.

  • 14.9.A.1 При переходе света из одной среды в другую часть света проходит через границу раздела, часть отражается, а часть поглощается.
  • 14.9.A.2 Сдвиг фазы отраженного луча зависит от относительных показателей преломления материалов, с которыми взаимодействует луч.
    • 14.9.A.2.i Сдвиг фазы на 180 градусов происходит, когда световой луч отражается от среды с бо́льшим показателем преломления по сравнению со средой, в которой распространяется луч.
    • 14.9.A.2.ii Сдвиг фазы не происходит, когда световой луч отражается от среды с меньшим показателем преломления по сравнению со средой, в которой распространяется луч.
  • 14.9.A.3 Фаза волны не изменяется при преломлении при переходе из одной среды в другую.
  • 14.9.A.4 Интерференция в тонких пленках возникает, когда свет взаимодействует со средой, толщина которой сопоставима с длиной волны света.
    • 14.9.A.4.i Взаимодействие начального отраженного света и света, выходящего из тонкой пленки после отражения от второй границы раздела, проявляет волновое интерференционное поведение, в результате чего образуется единая волна, представляющая собой сумму двух взаимодействующих волн.
    • 14.9.A.4.ii Степень конструктивной или деструктивной интерференции между двумя отраженными волнами зависит от соотношения толщины пленки, длины волны света, возможных сдвигов фазы и угла падения света на пленку.
  • 14.9.A.5 Практическими примерами интерференции в тонких пленках являются цветовые переливы мыльных пузырей и масляных пленок, а также антибликовые покрытия.
    • 14.9.A.5.i Спектр наблюдаемых цветов в масляных пленках и мыльных пузырях возникает из-за различий в толщине пленки.
    • 14.9.A.5.ii Антибликовые покрытия устраняют отраженный свет, используя соотношения между показателями преломления, сдвигом фазы и интерференцией волн для создания деструктивной интерференции света, отраженного от двух поверхностей покрытия.
    • 14.9.A.5.iii Простейшее антибликовое покрытие имеет толщину, равную четверти длины волны света в покрытии, а показатель преломления покрытия больше, чем у воздуха, и меньше, чем у поверхности, на которую нанесено покрытие. Это справедливо для нормального падения света на поверхность.

Ограничение: Количественный анализ интерференции в тонких пленках ограничивается случаями, когда волны падают нормально на поверхность.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Light reflecting off the top and bottom of a thin film 薄膜 (soap bubble, oil slick) interferes with itself. Depending on the film's thickness and a possible half-wavelength phase flip on reflection off a denser medium, particular wavelengths interfere constructively – producing the shifting colours you see.

The same physics is put to work in an antireflection coating 增透膜 on camera lenses, glasses, and solar cells: a thin transparent layer whose two reflected waves interfere destructively, so almost no light reflects and more is transmitted. The simplest coating is one quarter of a wavelength thick (measured in the coating), and its refractive index sits between that of air and the glass beneath, so the reflected light cancels itself out.

Русский

Свет, отраженный от верхней и нижней границ тонкой пленки (мыльного пузыря, масляной пленки), интерферирует сам с собой. В зависимости от толщины пленки и возможного скачка фазы на половину длины волны при отражении от оптически более плотной среды, определенные длины волн испытывают конструктивную интерференцию — создавая переливающиеся цвета, которые мы видим.

Та же физическая原理 используется в антибликовом покрытии объективов фотоаппаратов, очков и солнечных элементов: тонкий прозрачный слой, чьи два отраженных луча испытывают деструктивную интерференцию, так что почти нет отражения и больше света проходит насквозь. Самое простое покрытие имеет толщину в четверть длины волны (измеренную внутри покрытия), а его показатель преломления лежит между показателями воздуха и стекла под ним, благодаря чему отраженный свет компенсируется.

14.9

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩

English
  • Use $v=f\lambda$; the source sets the frequency, and when a wave enters a new medium the frequency stays fixed while the speed and wavelength change.
  • Distinguish transverse (vibration perpendicular, can be polarised) from longitudinal (vibration along the travel, e.g. sound).
  • Constructive interference needs a path difference of a whole number of wavelengths; destructive needs a half-odd number.
  • On a string fixed at both ends the fundamental fits half a wavelength ($\lambda=2L$).
  • Diffraction is significant only when the gap is comparable to the wavelength — sound bends round doorways, light needs a very narrow slit.
  • Beats: two waves of slightly different frequency throb at $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (e.g. two tuning forks; tuning to zero beats).
  • An antireflection coating is a quarter-wavelength-thick layer (index between air and glass) whose two reflections cancel, cutting the reflected light.
Русский
  • Используйте $v=f\lambda$; источник задает частоту, и когда волна входит в новую среду, частота остается неизменной, меняются лишь скорость и длина волны.
  • Различайте поперечные (колебания перпендикулярны направлению движения, могут поляризоваться) и продольные (колебания вдоль направления движения, например, звук).
  • Для конструктивной интерференции разность хода должна быть целым числом длин волн; для деструктивной — нечетным числом половин длин волн.
  • На струне, закрепленной с обоих концов, основная частота укладывается половина длины волны ($\lambda=2L$).
  • Дифракция значима только тогда, когда размер щели сопоставим с длиной волны — звук огибает дверные проемы, свет требует очень узкой щели.
  • Биения: две волны с слегка различающейся частотой пульсируют с частотой $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (например, два камертона; настройка на ноль биений).
  • Антибликовое покрытие — это слой толщиной в четверть длины волны (с показателем преломления между воздухом и стеклом), чьи два отражения компенсируют друг друга, уменьшая отраженный свет.

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in AP Physics 2 · ⁨AP Физика 2⁩ · ⁨Больше тем в AP Physics 2 · ⁨AP Физика 2⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP