f A hullámforrás frekvenciája c a közegbeli terjedési sebesség

Hasonló dokumentumok
f A hullámforrás frekvenciája c a közegbeli terjedési sebesség

MECHANIKAI HULLÁMOK. A tér egy adott helyén történt zavarkeltés eredménye a tőle r távolságra lévő pontban idő múlva jelenik meg: x c

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

Hullámmozgás. Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete

Hullámok tesztek. 3. Melyik állítás nem igaz a mechanikai hullámok körében?

Mechanikai hullámok. Hullámhegyek és hullámvölgyek alakulnak ki.

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Optika fejezet felosztása

Rezgések és hullámok

Mechanikai hullámok (Vázlat)

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

A hullámok terjedése során a közegrészecskék egyensúlyi helyzetük körül rezegnek, azaz átlagos elmozdulásuk zérus.

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Hangintenzitás, hangnyomás

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

Hullámok, hanghullámok

Elektromágneses hullámok - Interferencia

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 1. (b) Rugalmas hullámok. Utolsó módosítás: szeptember 28. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

P vízhullámok) interferenciáját. A két hullám hullámfüggvénye:

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Hullámtan. A hullám fogalma. A hullámok osztályozása.

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

Az elektromágneses hullámok

a terjedés és a zavar irányának viszonya szerint:

FIZIKA ZÁRÓVIZSGA 2015

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

1. A hang, mint akusztikus jel

XVIII. A FÉNY INTERFERENCIÁJA

OPTIKA. Geometriai optika. Snellius Descartes-törvény szeptember 19. FIZIKA TÁVOKTATÁS

egyetemi tanár, SZTE Optikai Tanszék

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

1. Az ultrahangos diagnosztika fizikai alapjai

c v A sebesség vákumbanihoz képesti csökkenését egy viszonyszámmal, a törémutatóval fejezzük ki. c v

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

NE HABOZZ! KÍSÉRLETEZZ!

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

Elektromágneses hullámok - Hullámoptika

Rezgőmozgás, lengőmozgás, hullámmozgás

A hang mint mechanikai hullám

Legyen a rések távolsága d, az üveglemez vastagsága w! Az üveglemez behelyezése

Periódikus mozgások Az olyan mozgást, amelyben a test ugyanazt a mozgásszakaszt folyamatosan ismételi, periodikus mozgásnak

a) Valódi tekercs b) Kondenzátor c) Ohmos ellenállás d) RLC vegyes kapcsolása

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

1. ábra. 24B-19 feladat

Rezgőmozgás, lengőmozgás, hullámmozgás

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

Optika gyakorlat 7. Fresnel együtthatók, Interferencia: vékonyréteg, Fabry-Perot rezonátor

Hullámtani összefoglaló

A hullám frekvenciája egyenlő a hullámforrás frekvenciájával, azzal a kikötéssel, hogy a hullámforrás és megfigyelő nyugalomban van.

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

vmax A részecskék mozgása Nyomás amplitúdó értelmezése (P) ULTRAHANG ULTRAHANG Dr. Bacsó Zsolt c = f λ Δt = x/c ω (=2π/T) x t d 2 kitérés sebesség

Kristályok optikai tulajdonságai. Debrecen, december 06.

Hullámoptika II.Két fénysugár interferenciája

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

10. mérés. Fényelhajlási jelenségek vizsgála

Az optika tudományterületei

Optika. sin. A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert, illetve a megtört fénysugár egy síkban van.

Történeti áttekintés

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

ELTE Apáczai Csere János Gyakorló Gimnázium és Kollégium Komplex természettudományi tagozat. Fizika 11. osztály

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

GEOMETRIAI OPTIKA I.

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Zaj- és rezgés. Törvényszerűségek

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

Fizikai optika (Vázlat)

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Ψ - 1/v 2 2 Ψ/ t 2 = 0

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Fizika 11. osztály. ELTE Apáczai Csere János Gyakorló Gimnázium és Kollégium Humán tagozat. I. rész: Mechanikai rezgések és hullámok

Modern fizika vegyes tesztek

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

Elektrooptikai effektus

Rezgőmozgás, lengőmozgás, hullámmozgás

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Tartalom. Tartalom. Anyagok Fényforrás modellek. Hajder Levente Fényvisszaverési modellek. Színmodellek. 2017/2018. II.

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

Mit értünk a termikus neutronok fogalma alatt? Becsüljük meg a sebességüket 27 o C hőmérsékleten!

A geometriai optika. Fizika május 25. Rezgések és hullámok. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A geometriai optika május 25.

Az úszás biomechanikája

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Kvalitatív fázisanalízis

Átírás:

MECHANIKAI HULLÁMOK Deormáió terjedése rugalmas közegben A tér egy adott helyén történt zavarkeltés eredménye a tőle r távolságra lévő pontban idő múlva jelenik meg: a zavar terjedéséhez időre van szükség: A hullám leírása r a zavar terjedési sebessége Az x=0 helyen periodikus zavart keltünk, az eredmény haladó hullám lesz. X=0 x x y 0, t Asin t T Ez a rezgésállapot terjed a kötél mentén sebességgel. Az x helyen t időpillanatban az x=0 helyen időponttal korábbi rezgési állapot lesz: y x, t Asin t t x x y y Asin t x, t Asin x, t T T T Pillanatkép a hullámról y Hullámhossz: azonos ázisban rezgő pontok legrövidebb távolsága T T A hullámorrás rekveniája a közegbeli terjedési sebesség A hullámhossz nagyságát a hullám közegbeli terjedési sebességének és a hullámorrás rekveniájának hányadosa határozza meg. x t x y x, t Asin T x, Asin t x T y t y t x, Asin t kx A hullám térben és időben periodikus jelenség Térbeli periodiitás: hullámhossz Időbeni periodiitás: T periódus idő k hullámszám A hullámüggvény különböző alakjai

Hullám terjedése Hullámront: azonos ázisú pontok mértani helye, merőleges a terjedési sebességre Hullámok osztályozása Dimenzió szerint: D vonal menti hullámok : pl. hullám pontsoron D elületi hullámok : pl: körhullám : pl. vízbe ejtett kő 3D Térbeli hullámok: gömbhullámok: pl, hang, elektromágneses hullámok Irány szerint: a részeskék sebességének és a hullámterjedés sebességének iránya: Longitudinális hullám A két sebesség párhuzamos Sűrűsödések és ritkulások Nem polarizálható pl: a hang Transzverzális hullám A két sebesség merőleges nyíróerők működnek polarizálható pl: elületi vízhullám Polarizáió: transzverzális hullám esetén a rezgési sík polarizátorral kiszűrhető Példa: hullám rugalmas kötél mentén F Terjedési sebességek a közeg szerint:.szilárd anyagban: a. Transzverzális hullám: nyíróerők jelenléte v húr tr F eszítettség F tr A A keresztmetszet sűrűség Pl: Hangszerek húrjai F b. Longitudinális hullám: v l E E Young modulus Pl: öldrengés l. Folyadékban a. Belül: sak longitudinális hullám van, nins nyíróerő b. Felületen: transzverzális hullámok: elületi eszültség+gravitáiós erő irányítja elületi g A vízi molnárkák a víz elületén a elületi hullámok segítségével tájékozódnak

3. gázokban: Csak longitudinális hullámok vannak g p p v Pl: hang A ajhők hányadosa Longitudinális hullám jellemzői Transzverzális hullám jellemzői A részeskék a terjedési iránnyal párhuzamosan rezegnek Sűrűsödések és ritkulások terjednek a közegben A részeskék a terjedési irányra merőlegesen rezegnek INTERFERENCIA: HULLÁMTALÁLKOZÁS Erősítés-kioltás: mintázatképződés: példa Két hullámorrás azonos amplitúdóval, rekveniával hullámokat bosát ki, melyek a tér egy pontján (C) az ábra szerint találkoznak. Az addig megtett út: és x x A két hullámüggvény: Az eredő hullám a két szinusz üggvény szuperpozíiója: t x y y y y Asin x x s T Fáziskülönbség a két hullám között: t x y Asin T útkülönbség a két hullám között: s x x Az eredő hullám amplitúdója és ázisa a két hullám áziskülönbségétől ügg Feltétel:a áziskülönbség nulla: 0 n Feltétel: a áziskülönbség: ( n ) Az útkülönbség ekkor: Az útkülönbség ekkor: s n n s (n ) 3

Intererenia Az intererenia akkor észlelhető, ha a találkozó hullámok koherensek: áziskülönbségük időben állandó. Hullámtalálkozás két dimenzióban: Koherens hullámok találkozásakor mintázat alakul ki a elületen. Maximális erősítés: Kioltás: r n r r (n ) r Két adott ponttól mért távolságok különbsége állandó: mértani hely: hiperbola rr r r Két hiperbola sereg: egyik a maximális erősítések, másik pedig a kioltások helye. r n=, 3 L ÁLLÓHULLÁMOK ázisugrás x P l-x Zárt vég esetén L hosszúságú kötél egyik végén elindítunk egy hullámot, amely zárt végről visszaverődik. Bizonyos rekveniáknál a haladó és a visszavert hullámok interereniájának eredményeként állóhullámok alakulnak ki. A haladó hullám üggvénye: Asin( t kx ) y y A sin( t kx A visszaverődő hullám üggvénye: ) Az eredő hullám: Állóhullám jellemzői: y y y x x x l ( l x) a kötél pontjai azonos rekveniájú, de különböző amplitúdójú rezgőmozgást végeznek. A somópontok két oldalán a mozgás iránya ellentétes. Feltétel: a húr hossza a él hullámhossz egész számú többszöröse legyen. Ha a húr hossza és anyaga állandó, akkor a megelelő hullámhossz a rekvenia hangolásával érhető el. A hullám terjedési sebessége a húr anyagától ügg. 4

A L hosszúságú húr sajátrezgései n: a él hullámhosszak száma L n= n= n=3 L L L 3 Transzverzális hullám terjedési sebessége: n n n L L A sajátrekveniák értéke F A tr A sajátrekveniák értékei: L L 3 3 L F A Hangmagasság: rekvenia üggvénye az L húr hosszával sökken, a hang mélyül : hegedű, brása, gordonka alaphang elharmonikusok Hangszín: hány elharmonikus szólal meg az alaphang mellett Az A keresztmetszet nagyságával ordítottan arányos: hegedűhúrok a húr F eszítettségével nő:hegedűhúrok hangolása : a terjedési sebesség λ Egész számú többszöröse a húr hossza n n L Hangtani ismeretek A hangmagasság növekedését a ül nem lineárisan, hanem exponeniálisan érzékeli. Lineáris rekvenia-növekedés (*, *, 3*, stb.) esetén a hanogk közötti intervallum egyre kisebb lesz. A hangközökben az egyes rekveniák arányait érzékeljük. A kétszeres növekedés (=oktáv) a rezgésszám megkétszerezését jelenti. Mivel a hangkeltő eszközök (húr, rezgő légoszlop) hosszviszonyainak változása megelel a rekvenia változásainak, kezdetleges mérési eszközökkel már régen is meg lehetett határozni a hangközök arányát. Így hamarosan ismertté váltak a hangközök arányai: Az egyes hangközök arányai: prím : oktáv : kvint 3: kvart 4:3 nagyter 5:4 kister 6:5 nagy szekund 9:8 kis szekund 6:5 nagy szext 5:3 kis szext 8:5 nagy szeptim 5:8 kis szeptim 6:9 5

Hangképzés-hallás HULLÁMJELENSÉGEK Hullámjelenségek: elhajlás, intererenia, polarizáió, Ha egy ismeretlen izikai jelenség a hullámjelenségekhez hasonló sajátságokat mutat, megállapítható, hogy hullám. (Pl. mehanikai hullámok, elektromágneses hullámok, anyaghullámok) Hullámront: azonos ázisban lévő pontok mértani helye A terjedési sebesség merőleges a hullámrontra Hullámok leírása: Huygens elv: visszaverődés, törés leírására Huygens elv: (678) Huygens - Fresnel elv: elhajlás, mintázat kialakulása. A hullámront minden pontja elemi hullámok kiindulópontja. Az új hullámelület ezen elemi hullámok burkolóelülete 6

Visszaverődés elületről A hullám rekveniája nem változik, ezt sak a hullámorrás határozza meg. A visszaverődés után a közeg ugyanaz marad: a terjedési sebesség sem változik. A hullámhossz is állandó marad. Amikor a erdén bejövő hullámront egyik része az A pontnál eléri a közeghatárt, ott új elemi hullám keletkezik. Az E ponthoz időkéséssel érkezik a bejövő hullám, ott az új elemi hullám időkéséssel indul. Azonos idő alatt a bejövő és a visszaverődő hullám azonos utakat tesz meg, mivel a közeg ugyanaz: Így az egyenesen lévő két szög is megegyezik: Törés közeghatáron Ha új közegbe jut át a hullám, terjedési sebessége megváltozik. Mivel a rekvenia ugyanaz marad, a hullámhossz is megváltozik. A két közegben azonos idő alatt megtett utak hossza: Az ábráról leolvadható: s s AB sin sin sin sin sin sin n Snellius-Deartes törvény : a -es közeg közegre vonatkoztatott törésmutatója n A hullámhossz is megváltozik: s t s t A s s B Gyakran a közeghatáron egyidejűleg törés és visszaverődés is történik. 7

Elhajlás: hullám az árnyéktérben Csak az intererenia ismeretében érthető meg- Fresnel Huygens-Fresnel elv (89). hullámront minden pontja elemi hullámok kiindulópontja. Az új hullámelületet ezen hullámok interereniája adja meg. A hullámjelenségek értelmezése a Huygens-Fresnel elv segítségével.visszaverődés: ázisugrás lehet. Törés: közeghatáron: a terjedési sebesség változik 3. Intererenia: hullámok találkozása, koherenia, mintázat 4. Elhajlás: hullám az árnyéktérben 5. Polarizáió: sak transzverzális hullám esetén Elhajlás résen: mintázat képződés A hullám az árnyéktérbe is bejut. Huygens-Fresnel elv (89) A rés minden pontján elemi hullámok indulnak ki, melyek találkoznak egymással- intererenia Maximumok: s sin d irány Fresnel éle -es zónák A nyalábot zónákra osztjuk, a szomszédos zónák között az útkülönbség él hullámhossz. d sin k d s Az erősítés irányában páratlan számú zóna van. Elhajlási kép változása a résmérettel Minél kisebb a rés mérete, annál nagyobb az elhajlás. szög: annál nagyobb mértékű az 8

Elhajlás ráson. Rás: több rés van egymás mellett, és a rések mérete elhanyagolható a távolságukhoz képest. Feltételezzük, hogy az egyedi résen való elhajlás elhanyagolható, sak a szomszédos résekből kiinduló hullámok interereniáját észleljük. d-rásállandó A rések távolsága A szomszédos rések elemi hullámai közötti útkülönbség α irányba: Az erősítés eltétele: az útkülönbség a hullámhossz egész számú többszöröse: Az erősítés iránya: dsin n Bragg egyenlet A hullámhossz és a szög ismeretében a d rásállandó meghatározható. Minél kisebb a rásállandó, annál nagyobb az elhajlás mértéke. s d sin s n Az elhajlás akkor jelentős, ha a hullámhossz és a rásállandó mérete összemérhető nagyságrendű. Elektromágneses hullámok: ény Az elektromágneses hullámok is mutatnak hullámtulajdonságokat. Pl. ény Fény elhajlása ráson: lézer segítségével x sin L n Az ernyőn látható intenzitás eloszlása Fehér énnyel végzett kísérletek esetén az erősítések helyén színes sávokat látunk: a különböző hullámhosszúságú nyalábok erősítésének iránya kisit különböző. Vékonyréteg intererenia : állandó útkülönbséget vékony réteg interereniával is el lehet érni: x L ahol d az olajréteg vastagsága, n és pedig a törésmutató 9

Az intererenia erősítésének eltétele az, hogy az útkülönbség a hullámhossz egész számú többszöröse legyen. Az egyenletből látszik, hogy a eltétel a rétegvastagságtól és a beesés szögétől is ügg. Egyenlő vastagság görbék: irizáló színek Ugyanolyan vastag a réteg más szögből más színűnek látszik, mivel más hullámhosszra teljesül az erősítés eltétele. Pl. olajolt a víz elszínén, gyöngykagylók színe, lepkeszárny gyöngykagyló Morpho lepke Eozin máz Az irizáló színek s természetben mindig intererenia következményei Egyenlő beesés görbék Különböző vastagságú rétegeket nézünk azonos irányból: más rétegvastagság-más szín Példák: Szappanhártya, olajréteg víz elszínén, newton gyűrűk Olajolt a tengeren Szappanhártya színei Természetesen ezeknél a jelenségeknél is igaz az, hogy a rétegvastagságnak összemérhetőnek kell lennie a ény hullámhosszával. 0

Röntgen sugarak elhajlása ráson: Röntgen dirakiós szerkezet vizsgálat A röntgen sugarak hullámhossz tartománya: Kísérleti elrendezés Intenzitás eloszlás a szög üggvényében Az intenzitás szögeloszlás ismeretében meghatározható: DNS kettős spirál Watson és Krik, 958 Kristályrások: rásparaméter, rásszerkezet, kristályhibák mérete, eloszlása, nagyobb molekulák esetén: a kötésszögek, kötéstávolságok, A vizsgált objektumok karakterisztikus mérete a röntgen sugár hullámhosszával összemérhető kell legyen! Kvantummehanika: az anyag részeske-hullám kettős természete Fotoeektus: A ény, mint részeske. Einstein, Nobel díj A émek elületéről elektronok léphetnek ki,ha a émet megvilágító ényben az energiaadagok, vagyis a otonok energiája nagyobb vagy egyenlő a kilépési munkánál. Egy oton energiája: E h h Wki m v A kilépő elektronok energiája nem a megvilágítás erősségétől,hanem a megvilágítás színétől, vagyis a émre eső ény rekveniájától ügg. Ha ugyanolyan rekveniájú, de erősebb (nagyobb intenzitású) ényt használunk, akkor a émből kilépő elektronok energiája változatlan marad, sak az elektronok száma nő meg.

Anyaghullámok:az elektron mint hullám: elhajlása ráson Jönsson,96 m tömegű, v sebességű elektron elhajlása ráson: m 9, 0 e 3 kg e.60 9 C impulzus: Hullámhossz: De Broglie :A v sebességű elektron hullámhosszának meghatározása: p m energia kiejezése a hullámtulajdonságokkal: E h h 6,60 34 Js energia kiejezése a részeske tulajdonságokkal: E m p a kettő egyenlővé tételével: h p h p Az m tömegű, v sebességgel mozgó elektron de Broglie hullámhossza: A hullámhossz az elektron sebességével ordítottan arányos. h m e v e Elektronmikroszkópia Az elektronmikroszkópban az elektront sztatikus elektromos tér segítségével megelelő sebességre kell elgyorsítani: v = eu m A sebesség ismeretében a de Broglie hullámhossz kiszámítása: 3 m 9, 0 kg e h 6,60 e.60 34 9 Js C Dirakiós üzemmódban: : A direkt és az elhajlott nyalábokat is ráengedik az ernyőre:dirakiós kép: Elektron dirakiós képek egykristályon különböző irányból Rásparaméter émek esetén: d 0,nm

Transzmissziós üzemmódban: az elektronmikroszkóp képernyőjére sak a direkt nyalábot engedik rá, a szórt nyalábot nem: ilyenkor a minta képét lehet látni A énymikroszkóphoz hasonlóan működik, sak sokkal nagyobb a elbontása. A énymikroszkóp és az elektronmikroszkóp leképezésének összehasonlítása 3