Дифракция кубулушу ар кандай толкундарга, мисалы, электромагниттик толкундарга же суунун бетиндеги толкундарга мүнөздүү. Бул макалада үндүн дифракциясы жөнүндө сөз болот. Бул кубулуштун өзгөчөлүктөрү каралып, анын күнүмдүк турмушта жана адамдык колдонуудагы көрүнүштөрүнүн мисалдары келтирилген.
Үн толкуну
Үндүн дифракциясын карап чыгуудан мурун, үн толкуну эмне экендиги жөнүндө бир нече сөз айтып кетүү керек. Бул кандайдыр бир материалдык чөйрөдө материяны кыймылдатпай энергияны өткөрүүнүн физикалык процесси. Толкун – бул чөйрөдө таралуучу зат бөлүкчөлөрүнүн гармониялык термелүүсү. Мисалы, абада бул термелүүлөр жогорку жана төмөнкү басымдын аймактарынын пайда болушуна алып келет, ал эми катуу денеде булар кысуу жана тартылуу стресстеринин аймактары.
Үн толкуну чөйрөдө белгилүү ылдамдыкта таралат, ал чөйрөнүн касиеттерине (температура, тыгыздык жана башкалар) көз каранды. 20 oC абада үн болжол менен 340 м/сек ылдамдыкта тарайт. Адам 20 Гцден 20 кГцге чейинки жыштыктарды угарын эске алып, аны аныктоого болот.тиешелүү чектөө толкун узундуктары. Бул үчүн, формуланы колдонсоңуз болот:
v=fλ.
Мында f – термелүүлөрдүн жыштыгы, λ – алардын толкун узундугу, ал эми v – кыймылдын ылдамдыгы. Жогорудагы сандарды алмаштырсак, адам толкун узундугу 1,7 сантиметрден 17 метрге чейинки толкундарды угат экен.
Толкун дифракциясы түшүнүгү
Үндөрдүн дифракциясы – бул толкун фронтунун өз жолунда тунук эмес тоскоолдукка туш болгондо ийилген кубулушу.
Күнүмдүк дифракциянын таң калыштуу мисалы болуп төмөнкүлөр саналат: эки адам батирдин эки башка бөлмөсүндө турушат жана бири-бирин көрүшпөйт. Алардын бири экинчисине бир нерсе деп кыйкырганда, экинчиси үн угат, анын булагы бөлмөлөрдү туташтырган босогодо жаткандай.
Дыбыс дифракциясынын эки түрү бар:
- Өлчөмдөрү толкун узундугунан кичине болгон тоскоолдукту айланып өтүү. Адам үн толкундарынын кыйла чоң толкундарын (17 метрге чейин) уккандыктан, дифракциянын мындай түрү күнүмдүк жашоодо көп кездешет.
- Толкун фронтунун тар тешиктен өткөндө өзгөрүшү. Эшикти бир аз ачык калтырсаңыз, сырттан бир аз ачылган эшиктин тар аралыгынан кирген кандайдыр бир ызы-чуу бүт бөлмөнү толтурарын баары билет.
Жарыктын дифракциясы менен үндүн дифракциясынын ортосундагы айырма
Толкундардын табиятынан көз каранды болбогон бир эле кубулуш жөнүндө сөз болуп жаткандыктан, үн дифракциясынын формулалары жарыктыкындай. Мисалы, эшиктин тешигинен өткөндө дифракцияга окшош минимум үчүн шарт жазса болот. Фраунгофер тар боштукта, башкача айтканда:
sin(θ)=mλ/d, мында m=±1, 2, 3, …
Бул жерде d - эшик боштугунун туурасы. Бул формула бөлмөдө сырттан келген үн угулбай турган аймактарды аныктайт.
Үн менен жарыктын дифракциясынын ортосундагы айырмачылыктар сандык гана. Чындыгында жарыктын толкун узундугу бир нече жүз нанометрди (400-700 нм) түзөт, бул эң кичинекей үн толкундарынын узундугунан 100 000 эсе аз. Толкун менен тоскоолдуктардын өлчөмдөрү жакын болсо, дифракция кубулушу күчтүү көрүнөт. Ушул себептен улам, жогоруда сүрөттөлгөн мисалда эки адам эки башка бөлмөдө болуп, бири-бирин көрүшпөй, угуп турушат.
Кыска жана узун толкундардын дифракциясы
Мурунку абзацта толкун фронту жалпак болгон шартта үндүн тешик менен дифракцияланышынын формуласы берилген. Формуладан көрүнүп тургандай, d туруктуу маанисинде θ бурчтары кичине болот, λ толкундары уячага ошончолук кыскараак түшөт. Башкача айтканда, кыска толкундар узакка караганда начарраак дифракцияланат. Бул тыянакты ырастоо үчүн турмуштан алынган кээ бир мисалдар.
- Адам шаардын көчөсүндө жүрүп, музыканттар ойноп жаткан жерге келгенде, алгач төмөнкү жыштыктарды (басс) угат. Ал музыканттарга жакындаган сайын жогорку жыштыктарды уга баштайт.
- Байкоочудан алыс эмес жерде болгон күн күркүрөөсү ага бир нече ондогон километр алыстыктагы бир эле түрмөккө караганда бир топ бийиктей көрүнөт (күчтүүлүк менен чаташтырбоо керек).
Бул мисалдарда белгиленген эффекттердин түшүндүрмөсү жогорку жыштыктарга салыштырмалуу үндүн төмөн жыштыктарынын дифракциялоо жөндөмдүүлүгүнүн жогору болушу жана алардын азыраак жутулушу болуп саналат.
Ультразвуктук жайгашуу
Бул аймакты талдоо же багыттоо ыкмасы. Эки учурда тең булактан ультра үн толкундарын (λ<1, 7 см) чыгаруу, андан кийин аларды изилденип жаткан объекттен чагылдыруу жана кабыл алуучу тарабынан чагылдырылган толкунду талдоо идеясы. Бул ыкманы адам катуу материалдардын бузулган структурасын талдоодо, деңиздин тереңдигинин рельефин изилдөөдө жана кээ бир башка жерлерде колдонот. Жарганаттар менен дельфиндер ультра үндүк жайгашкан жерди колдонуп, космосто багыт алышат.
Үндүн дифракциясы жана ультра үндүк жайгашуусу бири-бирине байланышкан эки көрүнүш. Толкундун узундугу канчалык кыска болсо, ал ошончолук начар дифракцияланат. Мындан тышкары, кабыл алынган чагылдырылган сигналдын чечүүчүлүгү толкун узундугуна түздөн-түз көз каранды. Дифракция кубулушу дифракцияланган толкундун узундугунан азыраак болгон эки нерсени айырмалоого мүмкүндүк бербейт. Ушул себептерден улам, бул үндүн же инфраүнүштүк жайгашкан жерине караганда ультраүн болуп колдонулат.
