גלים הם ההתקדמות או ההתפשטות של הפרעות במרחב. כשאנחנו עוסקים בגלים אנו מניחים שהם רציפים, אם כי את ההנחה הזאת אפשר לקבל רק במערכות על-מולקולריות. לגלים יש מאפיינים שמגדירים אותם, כמו תדירות, משרעת (אמפליטודה), אורך גל וכו'.

אחת התכונות שמאפיינות גלים היא ההתאבכות מצב שבו גלים נפגשים ומגבירים או מחלישים זה את זהי. היישומון שלפנינו עוסק בתופעת ההתאבכות של גלי מים, קול ואור, וממחיש את התנהגות הגלים במגוון מצבים עם מכשולים שונים. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופיתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).


היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.

לכל גל יש מקור, שמוגדר בפשטות כ"מקור הגל". המקור הזה הוא הכוח שיוצר את ההפרעה במרחב, למשל אצבע שנוגעת במים, מנורה או רמקול. למקור הגל יש תדירות שבה הוא יוצר גלים, כלומר מספר הפעמים שבהן מחזור חוזר על עצמו ביחידת זמן. התדירות נמדדת ביחידות של הרץ (כל אחד לשנייה). היא מושפעת ישירות מהפעילות של מקור הגל תדירות הנגיעות של המקור במים, תדירות הרמקול או מקור האור. מאפיין חשוב נוסף שלו הוא המשרעת, שמוגדרת כגודל ההפרעה המקסימלי, או שיא גובה הגל. גם המשרעת מושפעת ישירות ממקור הגל.

כשמקור גל מתחיל ליצור גלים במרחב, הגלים מתפשטים לכל הכיוונים (ב-360 מעלות), בתנועה עולה ויורדת שמזכירה את מראה פונקציית הסינוס.


מראה פונקציית הגל | התמונה לקוחה מוויקיפדיה

התנועה מתמשכת בהנחה שאין מכשול שעוצר את הגל. כאשר אתם זורקים אבן למים, שימו לב שהגל שנוצר מתפשט לכל הכיוונים בצורת מעגל. אם נציב מחסום בדרכו של הגל, הגל יעצר בו ויוחזר אחורה. אם נפתח במחסום סדק מול מקור הגל, הסדק יהפוך למקור גל חדש.

העסק מתחיל להיות מעניין כאשר שמים מקור גל שני. שני גלים ייווצרו במקביל (הגלים חייבים להיות קשורים ולא אקראיים-קוהרנטיים) והגלים יתפשטו. כשהגלים ייפגשו הם ישפיעו זה על זה. להשפעה הזאת קוראים התאבכות.

ההתאבכות מגיעה בשתי צורות:

התאבכות בונה:- שני הגלים מגיעים באותו חלק של הגל, כלומר בשיא החיובי או השלילי שלו,  ומחזקים זה את זה. המשרעת של הגל המשותף היא סכום המשרעות של שני הגלים.

התאבכות הורסת: אם שני הגלים נפגשים בשיאים מנוגדים, הם מבטלים זה את זה ומה שנותר הוא הפרש המשרעות שלהם.

אפשר להמשיך ולסבך את המערכת על ידי הוספת מקורות גל נוספים, סדקים ומחסומים. ביישומון אפשר לשנות גם מאפיינים כמו המשרעת, התדירות, מיקום המחסום, מקור הגל, הסדק, רוחב הסדק והמרחק בין הסדקים. אפשר גם לשנות את זווית הצפייה בגל, לשים גלאים, לתזמן את תנועת הגלים ולמדוד אותם.

כשאנחנו מסתכלים על "אפשרויות גלי הקול" יתווספו לנו גם פרמטרים כמו חיכוך, גודל, מהירות ותאוצת החלקיקים (התווך שבו הקול נע), המחשה קולית והמחשת תנועת החלקיקים. ב"אפשרויות גלי האור" נקבל אפשרות אורך הגל, עוצמת אור ותצוגה על מסך של תבנית ההתאבכות.

אתם מוזמנים לשחק עם האפשרוית הרבות שהיישומון מציב. הנה לכם כמה ניסיונות שתוכלו לעשות:

מים

  • ההשפעה של שינוי התדירות והמשרעת על תבנית הגל.
  • ההשפעה של הוספת מחיצה על תבנית ההתפשטות של הגלים.
  • תבנית ההתאבכות עם שני מקורות גל.
  • תבנית התאבכות עם שני סדקים.
  • התבוננות בגרף הגל.


קול

  • ההשפעה של שינוי במשרעת ובתדירות על הקול.
  • התבוננות במצב "חלקיקים" על תבניות ההתפשטות של הקול מהמים.
  • השפעת שינוי מאפייני החלקיקים על תבנית התפשטות הגל.


אור

  • הצבת מסך והתבוננות בתבנית שמתקבלת בכל אחד מהניסויים שערכתם לפני כן במים.
  • התבוננות בגרף הגל במצב וקטורי.
     

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

2 תגובות

  • אבי צור

    שידור בתדרים נמוכים בתוך מנהרה

    אני מתעניין בהתפשטות של גלים בתוך מנהרה כתלות בתדר.
    האם אפשר לעזר בכלי שלכם לדמות את התרחיש הזה ?
    האם תוכלו להפנות אותי להסברים בנושא

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאנה גריבנין

    גלים במנהרה

    <p>
    שלום אבי,</p>
    <p>
    בכלי שלפניך ניתן לצפות בהתפשטות של גלים במימד אחד ושני מימדים בהנחה שאין קירות מהם הגלים האלו מוחזרים (כלומר ללא תנאי שפה).</p>
    <p>
    מה שאתה מחפש הוא כלי שמדמה התפשטות גלים בתווך תלת מימדי עם תנאי שפה (תנאי השפה הם קירות המנהרה שמהם גלים יכולים להיות מוחזרים בחלקם או במלואם). לצערי זו כבר סימולציה מסובכת יותר ולא מצאתי באינטרנט כלי פשוט לשימוש המדמה את המקרה אותו אתה מתאר. עם זאת, אם ברצונך להתעמק בנושא אני יכולה להמליץ לך על כלי מצויין, תוכנה בשם COMSOL בה ניתן לשרטט כל תנאי שפה שתרצה ולפתור בה את משוואת הגלים בתדרים שונים. לוקח מעט זמן ללמוד להשתמש בתוכנה אבל היא מצויינת וכלי חזק מאוד גם להדמייה של מגוון תופעות אחרות.</p>