Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Головне управління освіти і науки Донецької облдержадміністрації
Донецьке територіальне відділення МАН України
-
Відділення: фізика та астрономія
Секція: теоретична фізика
ВИКОРИСТАННЯ ЯВИЩА ДИФРАКЦІЇ ТА ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ В ЗОННІЙ ПЛАСТИНЦІ ФРЕНЕЛЯ ДЛЯ ПОСИЛЕННЯ ЗВУКОВОЇ ХВИЛІ
-
Роботу виконав:
Меркулов Костянтин Артемович,
учень 11 класу загальноосвітнього спеціалізованого санаторного інтернатного закладу ІІ – ІІІ ступенів «Ерудит» для обдарованих дітей
Науковий керівник:
Пойманов Владислав Дмитрович, старший викладач кафедри нанофізики Донецького національного університету
Донецьк – 2011
Використання явища дифракції та інтерференції в зонній пластинці Френеля для посилення звукової хвилі Меркулов Костянтин Артемович
Донецьке територіальне відділення фізики та астрономії
Малої академії наук України
Донецький національний університет
ЗССІЗ ІІ-ІІІ ступенів «Ерудит» м. Донецка
11 Клас фізико-математичного профілю
Науковий керівник: Пойманов Владислав Дмитрович
старший викладач кафедри нанофізики ДонНУ
Основна ціль наукової роботи полягає в дослідженні явища дифракції та інтерференції та застосування їх для звукових хвиль. Звукові хвилі відрізняються від світлових, тому не можна гарантувати те, що для звукових хвиль будуть відбуватися ті самі процеси, що й для світових. Дослідити, чи буде відбуватися посилення звукових хвиль при проходженні їх через зонну пластинку Френеля (зонна пластинка Френеля – плоскопаралельна скляна пластинка з вигравійованими концентричними колами, радіус яких збігається з радіусами зон Френеля) є метою моєї наукової роботи.
Тема є актуальною, бо зараз звук широко використовується в медицині на металургійних підприємствах, в риболовній промисловості, в біології і т.д.
Радіуси зон Френеля знаходимо за формулою:
Де m – номер хвилі, λ – довжина хвилі, L – відстань від зонної пластинки до приймача звуку. Був використаний звук частотою 14600 Гц, при такій частоті довжина хвилі дорівнює 0.023 м, відстань від приймача звуку до пластинки візьмемо 0.2 м. Знайдемо перші чотири радіуси ЗФ, вони дорівнюють: ρ1=0.069 м, ρ2=0.099 м, ρ3=0.122 м, ρ4=0.143 м.
В результаті експерименту (контроль над потужністю звуку та його аналіз було проведено за допомогою звукового редактора Audacity) було виявлено, що зонна пластинка Френеля зменшує потужність звуку, за рахунок збільшення площі розповсюдження хвилі.
Зміст
Вступ………………………...……………………………………………………...…4
Розділ 1
Теоретична частина
Історія відкриття світлових хвиль……………………………………………...6
1.1.1 Перші поняття про світло…………………………………………………6
1.1.2 Праці Юнга, Френеля та Гюйгенса про хвилі та оптику………………..7
1.2 Явища дифракції та інтерференції світла, зони Френеля……….......................8
1.3 Розрахунок радіуса зон Френеля для світла………………………….…………9
Розділ 2
Експериментальна частина
2.1 Розрахунок радіуса зон Френеля для звукових хвиль………………………...14
2.2 Методика експерименту………….……………………………………………..15
Висновки……………………………………………………………………………..18
Список використаної літератури…………………………………....……………...19
Вступ
Тема наукової роботи «Використання явища дифракції та інтерференції для посилення звуків різної частоти».
Дифракція(лат. переламаний, розламаний) – явище відхилення від законів геометричної оптики при розповсюдженні хвиль, за деяких умов. Спочатку явище дифракції розуміли як огинання перешкод хвилями, але в сучасній термінології з дифракцією зв’язано багато явищ, які виникають при розповсюдженні хвиль в неоднорідних середовищах, а також при розповсюдженні обмежених у просторі хвиль.
Ще в 20-х роках 19-го століття Жан Огюстен Френель доказав те, що світові хвилі, проходячи через зонну пластинку Френеля, посилюються, що призводить до збільшення освітленості. Першим хто почав вивчати світлові явища (тоді такого терміну, як дифракція не існувало) був Христиан Гюйгенс, ще у 1678-1690. Його праця написана у 1690 була присвячена руху хвильового фронту, який зіграв важливу роль у хвильовій теорії світла, і теорії дифракції. Гюйгенс був одним з перших хто висунув теорію, що світло це хвиля.
Зонна пластинка Френеля – плоскопаралельна скляна пластинка з вигравійованими концентричними колами, радіус яких збігається з радіусами зон Френеля. Зонна пластинка «вимикає» парні або непарні зони Френеля, чим виключає взаємну інтерференцію (погашення) від сусідніх зон, що призводить до збільшення освітленості точки спостереження. Таким чином зонна пластинка діє як вбираюча лінза.
Основна ціль наукової роботи полягає в дослідженні явища дифракції та інтерференції та застосування їх для звукових хвиль. Звукові хвилі відрізняються від світлових, тому не можна гарантувати те, що для звукових хвиль будуть відбуватися ті самі процеси, що й для світових. Дослідити, чи буде відбуватися посилення звукових хвиль при проходженні їх через зонну пластинку Френеля є метою моєї наукової роботи.
Актуальність теми:
Якщо посилення буде відбуватися то замість великих за розмірами та потужністю випромінювачів звуків можна буде використовувати менші випромінювачі (з недорогою та дуже простою модифікацією), які даватимуть такий самий ефект.
Зараз широко розповсюджено використання ультразвуку, його використовують в медицині на металургійних підприємствах, в риболовній промисловості, в біології і т.д. якщо ультразвук буде посилюватися під час проходження через зонну пластинку Френеля то можна буде значно посилити ультразвук та зменшити витрати енергії, потраченої на його здобуття.
За допомогою ультразвуку роблять отвори в металах та інших речовинах, посилений ультразвук можна буде використовувати в гірській промисловості, щоб робити будь-які отвори в породі, не використовуючи при цьому небезпечну вибухівку.
Головною проблемою при написанні наукової роботи буде, те що до цього часу дифракційні процеси звуку ще не зовсім дослідженні. Саме явище дифракції називають «Великою загадкою фізики». План наукової роботи буде такий:
Дослідити явище дифракції та інтерференції на прикладі світла.
Дослідити явище дифракції та інтерференції звуку. Та дізнатися чи буде відбуватися посилення звуку, під час його проходження через зонну пластинку Френеля.