• 1
  • 2

Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, X. Légy résen!

A hanghullámok soha nem magányosak. Minden hullám találkozik egy másik hullámmal. Sok esetben ez olyan, mint a skizofrénia, vagyis a hullám önmagával – pontosabban, korábbi önmagával – találkozik. Amikor egy hangforrás rezgéseket bocsát ki, és e rezgés energiája tovaterjed a rugalmas közegben, például a levegőben úgy, hogy a közeg molekulái egymást löködik, akkor előbb utóbb beleütköznek valamibe, és onnan visszaverődhetnek. A visszavert hullámok találkoznak a még odafelé haladókkal, s úgy viselkednek, mintha közük se lenne egymáshoz. Más szavakkal ez azt jelenti, hogy a visszaverő felület, például a fal, új hangforrásként viselkedik.

A domború felület szétszórja a hangot, a homorú összegyűjti, fókuszálja.

Két vagy több hanghullám találkozásának következményét interferenciának hívjuk, magát a talit pedig interferálásnak. Amikor a hullámok interferálnak, akkor erősíthetik vagy gyengíthetik egymást. Ha nagyon rossz passzban történik a találkozás, ami esetünkben azt jelenti, hogy az egyik hullám mindig éppen akkor nő, amikor a másik csökken, vagyis a két hullám ellenfázisban van, akkor kioltják egymást – megszűnik a szerelem.

Szerencsére, az interneten van egy kis játékszerünk, amelynek segítségével szemléltethetjük az interferencia jelenségét. Ha még mindig nincs Java a számítógépeden, a legújabb változatot töltsd le innen:

https://www.java.com/en/download/

Ezt követően telepítsd az alkalmazást, majd menj a következő oldalra:

https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/wave-interference

1

A „translations” legördülő menüből válaszd ki a magyar változatot! Egy egészen kicsi filé letöltése után indítsd el a cuccot!

Bökj a „Hang” fülre, ezt fogod látni:

2

Bátran kapcsolj be vagy ki bármit, de ha rám hallgatsz, tedd a következőket:

Nyomd meg a „Mutasd a grafikont”; az impulzus legyen „be” állásban (ilyenkor folyamatos a hangsugárzás), egy hangszórót válassz ki, jelöld be a „gát nélkül” állást, és legyen „szürke tónusú a kép! Máshoz egyelőre ne nyúlj!

Alaphelyzetben vagyunk, semmi különös, csak egy hangrezgés terjed hullámszerűen. Ha akarsz szépet látni, a szürke tónust váltsd át „Részecskék”-be, és egyből nyüzsögni fognak a levegő molekulái. Ha a környezetből mindenkit el akarsz riasztani, kattints a „Hang” kockába! De nem én mondtam…

3

Most vált vissza a „Szürke tónus”-ba, és kapcsolj át „Két hangszóró”-ba!

4

Amit látsz, jellegzetes interferencia kép. A bal oldalon változtathatod a frekvenciát és az amplitúdót, a jobb oldalon a két hangszóró távolságát egymáshoz képest.
Elvan a gyerek, ha játszik, ám ha már csöppet unod a dolgot, képzeld el, hogy egy olyan falat teszünk a hanghullámok elé, amely semmit nem enged át magán, nem is ver vissza, viszont mindent elnyel. Az elnyelési foka, α=1. A fal vastagsága nagyon kicsi legyen, sőt, egészen kicsi, annyira kicsi, hogy ne is legyen neki vastagsága! Mondhatnánk, egy hártya legyen, nulla vastagságú hártya.

Vegyük el e hártya szüzességét úgy, ahogy a csajokét szoktuk, vagyis ejtsünk rajta egy kis rést, óvatosan! Vagy nem is… Először egy nagy-nagy rést csináljunk; akkorát, hogy a hanghullám észre se vegye! Meg a rés se a hanghullámot. Ebben az esetben a hang hullámhossza sokkal kisebb a rés szélességénél. Jelzem, a szexben is van ez így, hiába mondják a csajszik, hogy a méret nem számít. Persze, hogy nem, csak jó nagy legyen…

5

Mielőtt még ráeresztenénk a résre a hullámokat, ne menjünk el könnyedén amellett, hogy miért is modellezzük a jelenséget nulla vastagságú hártyával! Azért, mert ha a rés vastag, akkor a résen belül olyan bonyolult jelenségek zajlanak le, amelyek most zavaróak lennének. Mindig a lényegre kell figyelni!

A hangforrástól most olyan távol vagyunk, hogy a hullámok síkhullámnak tekinthetők. Ez is egyszerűsítés, annak érdekében, hogy a rés minden pontjába azonos időben érkezzen a hullám.

Ábránkon λ a hang hullámhossza, d a rés szélessége.

6

A résen a hullám lényegében változatlanul halad át.

Nézzünk egy másik példát! Azt, amikor szűk a rés, vagyis a hang hullámhossza sokkal nagyobb, mint a rés szélessége!

7

Na, ez igazán furcsa! Mintha a rés hullámforrás lenne… És képzeld, az is! A jelenség oka a hullámok elhajlása, amit diffrakciónak is hívnak.

Ne álljunk meg félúton! Csináljunk újabb réseket! Az így létrehozott szerkezet neve: rács.

8

Figyeld meg, hogy az egyes résekből kiinduló hullámok a résektől nagyobb távolságban egyre inkább egyetlen hullámmá egyesülnek ismét.

Érdemes újból kísérletezni a játékunkkal. Kapcsolj vissza egy hangszóróra, és rakj be egy rést! A rés szélessége nulla legyen! Ezt jobb oldalon, a csúszkával állíthatod be. Valójában ez most egy fal.

9

A frekvenciát válaszd jó nagyra, ami azt jelenti, hogy a hullámhossz kicsi lesz. Húzzad szét a részt 50 cm-re! A hullám lényegében akadálytalanul fog átmenni a résen, bár néha a rész széleinél lesz egy kis zavar, mert a rés vastagsága nem nulla.

10

Most húzd össze a rést úgy 15 cm-re, és válassz kisebb frekvenciát! Valóban új hullám indul a résből.

11

Végül tegyél be két rést, s látni fogod, hogyan alakul ki az új hullám felülete.

12

Ismétlem, játssz csak bátran, pl. nézd meg, mi történik, ha változtatod a rések méretét, távolságukat a hangforrástól, két hangszórót is bekapcsolsz, stb.

E kísérletek legfontosabb tanulsága az, hogy két – vagy több – hanghullám eredője egyetlen, összefüggő hullámfelület. Ha ez így van, akkor ennek a fordítottja is igaz. Vagyis minden hullámfelület felbontható úgy, mintha résekből kilépő, kis hullámok összege lenne.

Ezt egy kicsit szabatosabban úgy mondjuk, hogyaszongya: Egy tetszőleges időpontban a hullámfelület minden egyes pontja elemi hullámok kiindulópontja, és egy későbbi időpontban kialakuló hullámfelület ezen elemi hullámok burkolófelülete lesz.

Az elemi hullámok egymással interferálva, együttesen alakítják ki a későbbi hullámfelületet.

Ezt a jelenséget, tehát, hogy a hullámok elemi hullámokból rakhatók össze és azokra bonthatók szét, a fénytanban fedezték föl, és két tudós neve alapján Huygens-Fresnel elvnek nevezik.

13

A hullámok interferenciáját a modern hangosításban úgy tudjuk felhasználni, hogy az egyes hangsugárzók által kibocsátott hullámokat erősítjük a számunkra kívánt irányba, pl. a nézőtér felé. Ezt konstruktív interferenciának nevezzük. Ahová azonban nem akarunk hangot közvetíteni, abba az irányba egymás kioltására késztetjük a hullámokat. Ezt hívjuk destruktív interferenciának. A koncerteken az a jó, ha a színpad csöndes, és nem akarunk a madaraknak sem muzsikálni. Néha irigylem is őket…  



A hullámok különleges fajtája az állóhullám. Valójában két hullámról van ilyenkor szó, egy odafelé haladóról és egy visszafelé jövőről. Állóhullám akkor keletkezik, ha olyan síkhullámok találkoznak, amelyek azonos frekvenciájúak és amplitúdójúak.

14

Az állóhullámok találkozását csomópontoknak hívjuk. Ha éppen egy csomópontban vagy, nem hallasz semmit. A duzzadóhelyeken a legnagyobb a két hullám eltérése. az állóhullámok nem szállítanak energiát, hiszen pl. két fal között az, ami odafelé ment, vissza is jön. Hogy ez már megint mire jó neked? A hangok világa telis-tele van állóhullámokkal. Amikor megpendítesz egy húrt a gitáron, állóhullámokat hozol létre. A szobád két fala között pedig sok-sok állóhullám alakul ki.

Megjelent: 1384 alkalommal