Бранови појави

Примери за браново движење има насекаде околу нас. Ако во мирна вода фрлиме камен, областа која непосредно е допрена од каменот почнува да осцилира, а потоа осцилирањето се шири создавајќи бранови по површината на водата. Звукот, исто така, е еден вид браново движење. Приемот на звукот и сликата во радиото и телевизиските приемници се остварува со електромагнетните бранови. Електромагнетни бранови се и светлинските, рендгенските зраци и γ- зраците. Во зависност од природата на брановиот процес и средината низ која се пренесуваат постојат: механички, електромагнетни и квантномеханички бранови.
Што е бран? Како се создава брановото движење?
Одговорите се различни за различни видови бранови.

Simple harmonic motion animation
Бран

Наједноставен пример за да покажеме браново движење е ако земеме едно долго јаже или гумено црево и со рака го придвижуваме горе-долу.
Кога во една материјална средина (тврда, течна или гасовита ) се најде извор на осцилации (тоа е и извор на бранот) меѓу изворот и честиците на материјалната средина се јавуваат еластични сили на заемно дејство. Под нивно влијание честиците од средината се присилени да осцилираат со фреквенција еднаква на фреквенцијата на изворот на бранот. Се разбира, најнапред ќе почнат да осцилираат оние честици од средината кои се во непосреден контакт со изворот на бранот, а подалечните честици доцнат во фаза од претходните и од изворот на бранот.
Процесот на ширење на осцилациите во просторот со текот на времето се вика бранов процес, браново движење или бран.
При брановиот процес честиците на еластичната средина осцилираат околу рамнотежната положба, а од една на друга честица во просторот се пренесува само деформацијата, а со тоа и енергијата од изворот. Во тоа може да се уверите ако на мирна вода каде има една топка или друг лесен предмет фрлите камен. Притоа топката осцилира горе-долу, останувајќи скоро на истото место, без разлика што бранот видно се проширил.
Какви бранови разликуваме и како тие се шират во околината?
Во зависност од тоа како осцилираат честиците на еластичната средина може да бидат:

Onde compression impulsion 1d 30 petit
Трансверзален бран

- трансверзални – тоа се бранови каде честиците од материјалната средина осцилираат нормално на насоката на ширење на бранот.
-лонгитудинални- честиците на средината осцилираат во правец во кој се шири бранот.


Како пример за лонгитудинален бран е ширењето на звучен бран во воздухот. Ширењето на лонгитудиналните бранови е условено од волуменската деформација на еластичната средина, па тие се шират во тврди, течни и гасовити средини. Бидејќи ширењето на трансверзалните бранови е последица на посебен вид деформација својствена само за тврдите тела тие се шират само во тврдите средини. Ширењето на трансверзален бран во еднодимензионална материјална средина графички е илустрирано со низа честици (молекули, атоми).
Нека во моментот t = 0, бранот што се шири од лево на десно дошол до честица 1. Таа почнува транслаторно осцилаторно движење повлекувајќи ја и честицата 2. Кога честицата 1 ја достигнува максималната оддалеченост од рамнотежната положба (t = T / 4), бранот се проширил до честицата 3. За време на t = T / 2, честицата 1 повторно е во рамнотежна положба, додека честицата 3 повлекувајќи ја и честицата 4 ја достигнува максималната елонгација. За тоа време бранот се проширил до честицата 5 која сè уште е во рамнотежната положба. Овај процес продолжува, така што за време t = 3T/4 првата честица е во максимална оддалеченост од рамнотежата но во спротивна насока од првата, а бранот се проширил до 7 честица. За t = Т првата честица ќе направи една полна осцилација, а за тоа време осцилирањето на честиците се проширило се до честицата 9. Таа го започнува осцилирањето во исто време кога и честицата 1 го започнува вториот период, т.е. честицата 9 осцилира со временско задоцнување од t = T. Тие две честици осцилираат во фаза, т.е. синхроно (меѓу нив постои фазна разлика 2π).

Ondes compression 2d 20 petit
Лонгитудинален бран


Патот што го изминува деформацијата во еластичната средина за време од еден период на осцилирање на изворот (првата честица) е бранова должина. Обично таа се бележи со λ .
Постепено формирање на лонгитудинален бран од повеќе честици може да се објасни аналогно како и формирањето на трансверзален бран. И во случај на осцилирањето на првата честичка се пренесува на втората, а преку неа на третата итн. При осцилирањето се менуваат само меѓусебните растојанија. Таквиот бран во средината предизвикува периодични промени на густина (згуснување и разредувања), кои се движат во насока на ширење на бранот.

Дел од просторот во кој сите честици се вклучени во осцилаторниот процес се вика браново поле. Границата која ги одделува честиците од оние што сè уште не почнале да осцилираат. се вика предница на бранот(латински frontalis - чело.)

Spherical Wave
Сферен бран

Бранова површина

Бранова површина е геометриско место на точки, кои во текот на брановиот процес осцилираат со еднакви фази. Брановата површина може да има произволна форма, но во најпрост случај таа може да биде рамна, сферна или цилиндрична. Според тоа, во неограничена хомогена и изотропна средина, каде брзината на ширење во сите насоки е иста, бранот се шири по концентрична површина чиј центар е во изворот на бранот. Таквите бранови се сферни бранови, а предницата на бранот е сферна површина. Димензиите на изворот на таков бран се мали па може да се смета дека изворот на ваков бранот е точкест. Ако брановите површини се рамнини нормални на насоката на ширење на бранот, тоа е рамен бран. Рамен бран на површина на водата може да се добие при треперење на линија со димензии значително поголеми од брановата должина на бранот. Брановите можат да бидат : просторни, површински и еднодимензионални(линиски)
Ако осцилациите на изворот се пренесуваат по еден однапред утврден правец, во тој случај станува збор за простирање на линиските бранови. Такви бранови се шират, на пример, по должината на права (жица, прачка, јаже). За поедноставно прикажување и опишување на брановите се воведува поимот зрак. Зрак е линија чија тангента во секоја точка се поклопува со насоката на ширење на бранот. Во хомогена средина зраците се прави нормални на предницата од бранот. Насоката на зраците е определена од насоката на ширење на бранот.

Бранова должина

Бранова должина — растојанието за кое формата на еден бран во даден период.

Ова растојание обуично се определува земајќи ја должината помеѓу две соседни соодветни фази, како на пример испактнините, вдлабнатините, или пак точките кои соодвествуваат на 0, и ова е особина кај подвижните и стојните бранови, како и кај сите останати видови на просторни бранови. Брановата должина се означува со ламбда (λ). Претходно изнесеното важи и за периодични бранови од не-синуидална природа.

Поимот бранова должина исто така се корити и кај модулирани бранови, и синусоидата на модулираниот бран е формирана преку [интерференција] на неколку синусоиди. Единицата мерка во SI системот е метар.

Ако се претпостави дека синусоиден бран се движи со постојана бранова брзина, брановата должина е обратно пропорционална на фреквенцијата на бранот: Брановите со поголеми фреквенции имаат пократки бранови должини, додека пак оние со мали фрквенции имаат долги бранови должини.Примери за појави кои се бранови се: звучни бранови, светлината и водени бранови. Звучниот бран е промена на воздушниот [притисок], додека пак светлината и останатите електромагнетни бранови имаат промена кај електричното поле и кај магенетното поле. Водените бранови имаат промена кај висината на водениот столб. Кај кристалите или кај вибрациите на кристалната решетка, промените се кај позициите на атомите.

Брановата должина не определува колку далеку се придвижила одредена честичка. На пример, кај синусоидни бранови честичка близу до површината се движи во круг со ист пречник како и брановата висина, независно од брановата должина.

Оптика

Оптика — дел од физиката кој се занимава со карактеристиките и законитостите на светлината, вклучувајќи го и заемодејството со материјата и создавањето на инструменти кои ja користат или го утврди присуството на светлина. Оптиката обично ги опишува карактеристиките на видливата светлина, ултравиолетова, и инфрацрвена светлина. Бидејќи светлината е електромагнетен бран, другите видови на електромагнетно зрачење како што се рендгенските зраци, микробрановите и радиобрановите пројавуваат слични својства.Повеќето оптички појави се објаснуваат со помош на електродинамичкиот опис на светлината. Користењето на електромагнетни описи за светлината го отежнува објаснувањето на светлинските појави во секојдневието. Применетата оптика користи упростени модели. Најчесто употребуван метод е т.н. геометриска оптика, кој светлината ја разгледува како збир од зраци кои се движат праволиниски, се прекршуваат или одбиваат кога минуваат низ најразлични средини. Брановата оптика е поопфатен модел за светлината, кој вклучува бранови појави како што се дифракција и интерференција кои не можат да се објаснат со геометриската оптика. Историски, зрачно заснованиот модел за светлината се развива првично, по што следи брановиот модел на светлината. Напредокот во електромагнетната теорија во XIX век доведе до откритието дека светлинските бранови се всушност електромагнетно зрачење.

Некои појави зависат од фактот дека светлината ги поседува карактеристиките на бран и честичка истовремено. Објаснувањето на овие ефекти побарува употреба на квантна механика. Кога светлината се разгледува како честички, светлината се претставува како збир од честички наречени „фотони“. Квантна оптика е дел од оптиката кој се занимава со употребата на квантномеханички методи во оптичките системи.

Оптиката како наука е доста важна и е применета во многу сродни дисциплини како што се астрономијата, разни инженерски струки, фотографијата и медицината (особено во офталмологијата и оптометријата). Оптиката наоѓа практична примена во разни технологии и секојдневни предмети, како што се огледлата, леќите, телескопите, микроскопите, ласерите и оптичките влакна.

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.