załamanie i ugięcie fali dźwiękowej, zjawisko interferencji

Załamanie fali dźwiękowej

Gdy fala biegnąca w jednym ośrodku pada na powierzchnię dzielącą ten ośrodek od drugiego ośrodka o innych właściwościach, powstają dwie fale: fala odbita do pierwszego ośrodka i fala przeniesiona do drugiego ośrodka.
W przypadku ukośnego padania fali na granicę ośrodków, fala przeniesiona do drugiego ośrodka zmienia kierunek w stosunku do fali padającej, jeśli prędkości fal w obu ośrodkach nie są jednakowe, co występuje zawsze przy różnych opornościach właściwych ośrodków. Oznaczając przez g_p kąt padania zawarty między prostopadłą do płaszczyzny, na którą pada fala, a falą padającą oraz przez g_z kąt załamania - między tą prostopadłą a falą załamaną można, wychodząc z prawa Snelliusa napisać

singp singz

=

c1 c2

= m

lub

Ugięcie fali dźwiękowej

Stwierdzono, że fale padające na krawędź nieprzenikalnej przeszkody uginają się na jej brzegach i przenikają w obszar za przeszkodą, który powinien pozostawać w cieniu akustycznym (przy założeniu, że fale mogą się rozchodzić jedynie po linii prostej).

Zjawisko ugięcia, sprzeczne z zasadą rozchodzenia się fal dźwiękowych po linii prostej, może być wytłumaczone zasadą Huygensa, która mówi, że każde chwilowe położenie czoła fali można traktować jako miejsce geometryczne nowych źródeł fal elementarnych i że następne położenie czoła fali można otrzymać jako obwiednię czół tych fal elementarnych. Na tej podstawie można stwierdzić, że istotnie czoło fali zagina się na krawędzi pokrywając się czołem fali elementarnej, mającej swe źródło w punkcie A:

Zjawisko ugięcia daje się zaobserwować jeszcze wyraźniej przy przechodzeniu fali dźwiękowej przez wąskie szczeliny, szczególnie, gdy ich szerokość jest współmierna z długością fali.

Im węższa jest szczelina, tym większy jest kąt ugięcia. Gdy szerokość szczeliny równa się długości fali, kąt ugięcia równa się p/2, co oznacza, że fale za szczeliną rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Jest to warunek ekstremalny. Dalsze zmniejszanie d nie wpływa już na kąt ugięcia.

Zjawisko interferencji

Zjawisko interferencji polega na nakładaniu się pewnej liczby fal akustycznych, dając w ten sposób wzmocnienie lub osłabienie natężenia fali wypadkowej. Tak np. fala padająca i fala odbita pomiędzy dwiema równoległymi płaszczyznami mogą utworzyć falę wypadkową, która w pewnych punktach może dawać wzrost ciśnienia akustycznego w innych zaś będzie powodować jego malenie, tworząc tzw. falę stojącą.

W przypadku wielokrotnych odbić fali akustycznej od dwóch przeciwległych powierzchni prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali płaskiej, zgodność faz ciśnień akustycznych w określonych punktach dla wszystkich fal odbitych zaistnieje tylko wtedy, gdy długość fali akustycznej będzie wynosić:

l  =

2l n

gdzie: n = 1, 2, 3, ..., l - oznacza odległość między płaszczyznami ograniczającymi ośrodek.
Dla częstotliwości nf odpowiadających odpowiednio podanym długościom fali wystąpi zjawisko rezonansu falowego, powodującego wzmocnienie amplitud drgań.