Unde Elastice

O undã elasticã în propagare, atunci când întâlneste un obstacol sau o supra-fatã de separare dintre douã medii, produce anumite fenomene specifice, si anume ocolirea aparentã a obstacolului si schimbarea directiei de propagare prin întoar-cerea în acelasi mediu, sau prin trecerea în mediul urmãtor. Acestea sunt fenome-nele de difractie, reflexie si refractie, care se studiazã cu ajutorul notiunilor de razã si front de undã.

Difractia este proprietatea undelor de a se împrãstia si a se curba atunci când trec print-o fantã îngustã sau lovesc un obstacol de dimensiuni comparabile cu lun-gimea de undã a undei. Difractia este o proprietate a tuturor undelor.

Aflarea frontului si a mersului ulterior al undei elastice atunci când ajunge la un obstacol sau pe o suprafatã de separare dintre douã medii se face pe baza prin-cipiului lui Huygens (Christian Huygens 1629-1695), observat experimental si for-mulat astfel:

Toate punctele mediului aflate la un moment dat pe un front de undã devin surse secundare de oscilatii care produc unde identice cu unda primarã si se propagã în continuare.

Noul front de undã se obtine ca fiind înfãsuratoarea punctelor mediului aflate în aceeasi fazã de oscilatie.

Undele care se genereazã permanent de cãtre punctele mediului se numesc unde secundare sau elementare, si se propagã în sensul îndepãrtãrii de sursa fizicã initialã. Altfel spus, prin acest efect nu apar unde inverse, ci numai unde progre-sive. Se admite cã absenta undelor inverse se datoreazã unei interferente a undelor elementare prin care în punctele din spatele frontului oscilatiile se distrug reci-proc, rãmânând în stare activã doar punc-tele de pe frontul de undã cel mai avansat.

O imagine a acestui mecanism este reprezentatã în figurã. Sursa punctiformã din O produce într-un mediu omogen si izotrop unde sferice. Punctele de pe supra-fata de undã S1 produc la rândul lor unde sferice secundare, iar suprafata de undã S2 reprezintã punctele de tangentã ale acestor unde secundare.

Principiul lui Huygens afirmã o echivalentã între originea undei si orice punct atins de undã, în sensul cã în acest punct se repetã identic fenomenele din origine.

În cazul unui obstacol de tip perete cu o deschidere (aperturã), principiul lui Huygens permite aflarea frontului de undã pentru toate punctele, cu exceptia celor ale deschiderii însãsi, iar indicatorul care se are în vedere aici este raportul dintre dimensiunile deschiderii si lungimea de undã.

Principiul lui Huygens este valabil atât pentru undele elastice, cât si pentru cele electromagnetice.

Dacã o undã elasticã în propagare întâlneste un obstacol (perete, paravan, clãdire, copac, deschidere) de dimesiuni comparabile cu lungimea de undã, atunci unda se propagã mai departe ocolind obstacolul prin schimbarea directiei. Frontul si razele undei în momentul atingerii obstacolului suferã discontinuitãti.

Fenomenul de ocolire aparentã a unui obstacol de cãtre unda elasticã se numeste difractie. Frontul undei difractate se construieste cu ajutorul principiului lui Huygens.

Punerea în evidentã si chiar vizualizarea difractiei se poate face cu ajutorul unui dispozitiv format dintr-un diapazon prevãzut cu un ac vibrator si un vas cu apã. Vasul este compus din douã compartimente separate printr-un perete prevãzut cu un mic orificiu O practicat la nivelul suprafetei lichidului.

Dimensiunea orificiului este comparabilã cu lungimea de undã a undelor de suprafatã care se produc, si anume în jur de 1mm.

Diapazonul este pus în stare de vibratie prin lovire, astfel încât acul atasat unuia din brate prin vibratie devine sursã de unde elastice.

Se constatã cã undele se propagã în compartimentul din dreapta si în spatele orificiului, în toatã regiunea umbrei geometrice din afara conului dus din vârful S.

Explicatia este continutã în principiul lui Huygens. Orificiul O devine sursã secundarã de unde identice cu cele produse în S. În acest fel, undele secundare se propagã si în spatele orificiului. Acelasi fenomen se obtine dacã lipseste peretele despãrtitor, iar în locul orificiului se plaseazã un obstacol.

Formal, se poate spune cã unda ajunsã în punctul O îsi schimbã directia de propagare.

Efectul prezentat se poate generaliza în sensul cã orice obstacol solid de dimensiuni apropiate lungimii de undã ocoleste obstacolul.