Кіріспе

Толқындардың негізгі қасиеттерін көрсететін сумен толтырылған шыны ыдыс. Физикада толқынды ыдыс – толқындардың негізгі қасиеттерін демонстрациялауға арналған, сумен толтырылған ақшыл шыны ыдыс. Бұл – толқынды танктың ерекше түрі. Толқынды ыдыс әдетте жоғарыдан жарықтандырылады, сонда жарық су арқылы өтеді. Кейбір кішкентай толқынды ыдыстар үстіңгі проектордың үстіне қойылады, яғни олар төменнен жарықтандырылады. Су бетіндегі толқындар ыдыстың астындағы экранда көлеңке ретінде көрінеді. Толқындардың барлық негізгі қасиеттері, соның ішінде шағылысу, сыну, интерференция және дифракция көрсетілуі мүмкін. Толқындарды жасау үшін ағаш тіреуіштерге серіппелі таспалармен ілінген тақта қолданылады, ол су бетіне тиеді. Тақтаға бекітілген моторда ортасынан ауытқыған салмақ орнатылған. Мотор білігі айналғанда, мотор дірілдеп, тақтаны сілкіп, толқындар тудырады.

Толқын қасиеттерін көрсету

Толқындық қасиеттердің бірнешеуін толқындық резервуарда көрсетуге болады. Оларға жазық толқындар, керілу, сыну, интерференция және дифракция кіреді.

Ұшақ толқындары

Толқындырғыш су бетіне жанап түсірілгенде, жазық толқындар туады.

Дөңгелек толқындар

Егер толқындыратын құрал шар пішіндес нүктемен бекітіліп, су бетінде жәй ғана тигізіліп, төмен түсірілсе, шеңберлі толқындар пайда болады.

Айналардың шағылысуын және шоғырлануын көрсету

Металл таяқшаны резервуарға орналастырып, ағаш таяқшаны соққанда, металл таяқшаға үш немесе төрт толқын импульсі жіберіледі. Толқындар таяқшадан шағылысады. Егер таяқша толқын фронтына бұрышпен орналасса, шағылысқан толқындар шағылысу заңына бағынатынын көруге болады. Түсу бұрышы мен шағылысу бұрышы тең болады. Егер ойыс параболалық кедергі қолданылса, жазық толқын импульсі шағылысқаннан кейін бір нүктеде шоғырланады. Бұл нүкте - айнаның фокус нүктесі. Су тамшысын резервуарға тамшылату арқылы дөңгелек толқындар тудыруға болады. Егер мұны "айнаның" фокус нүктесінде жасаса, жазық толқындар кері шағылысады.

Қалқындылығы

Егер ыдысқа шыны тақта қойылса, ыдыстағы судың тереңдігі шынының үстінде басқа жерлерге қарағанда кем болады. Судағы толқынның жылдамдығы тереңдікке байланысты болғандықтан, толқындар шыныдан өтетін кезде баяулайды. Бұл толқын ұзындығының қысқаруына себеп болады. Егер терең және сай судың арасындағы шекара толқын фронтына бұрышпен келсе, толқындар сыналады. Жоғарыдағы суретте толқындар нормальға қарай иілгенін көруге болады. Нормаль нүктелі сызық түрінде көрсетілген. Үзіліс сызық толқындар бұрышты шыныға кездеспеген жағдайда қозғалатын бағытты көрсетеді. Іс жүзінде, толқынды резервуарда сынуды көрсету қиынға түседі. Шыны тақта жеткілікті қалың болуы керек, ал оның үстіндегі су мүмкіндігінше сай болуы тиіс. Бұл тереңдік айырмашылығын арттырады, соның салдарынан жылдамдық айырмашылығы және бұрыш та артады. Егер су тым сай болса, тұтқырлықтың әсерінен толқындар тез жоғалады. Шыны тақтаның жиектері тегіс болуы керек, осылайша жиектердегі шағылысу азаяды.

Дифракция

Егер толқындардың жолына кішкентай кедергі қойылса және жиілігі баяу болса, толқындар оның айналысынан өтіп кететіндіктен көлеңке аймағы пайда болмайды, төмендегі оң жақта көрсетілгендей. Бірақ жиілік жоғары болса, көлеңке пайда болуы мүмкін, төмендегі оң жақта көрсетілгендей. Егер резервуарға үлкен кедергі қойылса, көлеңкелі аймақ байқалуы мүмкін. Егер резервуарға кішкентай саңылауы бар кедергі қойылса, толқындар дерлік жартылай шеңбер пішінде таралады. Егер саңылау үлкен болса, дифракция көбінесе шектеулі болады. Бұл контексте кішкентай дегеніміз – кедергінің мөлшері толқын ұзындығымен шамалас.

Тордан дифракция

Атомдық кристалл тордан рентген сәулелерінің дифракциясына ұқсас құбылысты да байқауға болады, осылайша кристаллография принциптерін көрсетеді. Егер суға кедергілерден тұратын торды түсірсек, ал кедергілер арасындағы қашықтық су толқындарының ұзындығына шамамен сәйкес келсе, онда тордан дифракция пайда болады. Тор мен келіп түсетін толқындар арасындағы белгілі бір бұрыштарда толқындар тордан кері шағылысады; ал басқа бұрыштарда толқындар одан өтеді. Сол сияқты, егер толқындардың жиілігі (толқын ұзындығы) өзгертілсе, толқындар да арақашықтық, бағыт және толқын ұзындығы арасындағы нақты қатынасқа байланысты кезекпен өтіп не кері шағылысады.

Шашылысу

Тосқауылдауды негізгі толқындық тақтаға бекітілген екі дипперді пайдалану арқылы тудыруға болады. Төмендегі суреттерде ақшыл жерлер толқынның жоталарын, ал қара жерлер – толқынның ойыстарын көрсетеді. Сұр аймақтарға назар салыңыз: бұл екі дереккөзден келген толқындар бір-бірін жоятын деструктивті интерференция аймақтары. Оң жақта дөңгелек толқынды резервуарда жасалған екі нүктелік интерференцияның суреті келтірілген.