Fenomeni i difraksionit është karakteristik për absolutisht çdo valë, për shembull, valët elektromagnetike ose valët në sipërfaqen e ujit. Ky artikull flet për difraksionin e zërit. Shqyrtohen veçoritë e këtij fenomeni, jepen shembuj të shfaqjes së tij në jetën e përditshme dhe në përdorimin e njeriut.
valë zanore
Para se të shqyrtojmë difraksionin e zërit, ia vlen të thuash disa fjalë se çfarë është një valë zanore. Është një proces fizik i transferimit të energjisë në çdo medium material pa lëndë lëvizëse. Vala është një dridhje harmonike e grimcave të materies që përhapen në një mjedis. Për shembull, në ajër, këto dridhje çojnë në shfaqjen e zonave me presion të lartë dhe të ulët, ndërsa në një trup të ngurtë, këto janë tashmë zona të stresit shtypës dhe tërheqës.
Një valë zanore përhapet në një mjedis me një shpejtësi të caktuar, e cila varet nga vetitë e mediumit (temperatura, dendësia dhe të tjera). Në 20 oC në ajër, zëri udhëton me afërsisht 340 m/s. Duke marrë parasysh që një person dëgjon frekuenca nga 20 Hz në 20 kHz, është e mundur të përcaktohetgjatësi vale kufizuese përkatëse. Për ta bërë këtë, mund të përdorni formulën:
v=fλ.
Ku f është frekuenca e lëkundjeve, λ është gjatësia e valës së tyre dhe v është shpejtësia e lëvizjes. Duke zëvendësuar numrat e mësipërm, rezulton se një person dëgjon valë me gjatësi vale nga 1,7 centimetra në 17 metra.
Koncepti i difraksionit të valës
Difraksioni i zërit është një fenomen në të cilin një front vale përkulet kur ndeshet me një pengesë të errët përgjatë rrugës së tij.
Një shembull i mrekullueshëm i përditshëm i difraksionit është si vijon: dy persona janë në dhoma të ndryshme të një apartamenti dhe nuk e shohin njëri-tjetrin. Kur njëri prej tyre i bërtet diçka tjetrit, i dyti dëgjon një tingull, sikur burimi i tij të jetë në derën që lidh dhomat.
Ekzistojnë dy lloje të difraksionit të zërit:
- Përkulja rreth një pengese, dimensionet e së cilës janë më të vogla se gjatësia e valës. Meqenëse një person dëgjon gjatësi vale mjaft të mëdha të valëve të zërit (deri në 17 metra), ky lloj difraksioni shpesh gjendet në jetën e përditshme.
- Ndryshim i ballit të valës kur kalon nëpër një vrimë të ngushtë. Të gjithë e dinë se nëse e lini derën pak të hapur, atëherë çdo zhurmë nga jashtë, duke depërtuar në boshllëkun e ngushtë të derës paksa të hapur, mbush të gjithë dhomën.
Dallimi midis difraksionit të dritës dhe atij të zërit
Meqenëse po flasim për të njëjtin fenomen, i cili nuk varet nga natyra e valëve, formulat e difraksionit të zërit janë saktësisht të njëjta si për dritën. Për shembull, kur kalon nëpër një të çarë në një derë, mund të shkruhet një kusht për minimumin e ngjashëm me atë për difraksioninFraunhofer në një hendek të ngushtë, që është:
sin(θ)=mλ/d, ku m=±1, 2, 3, …
Këtu d është gjerësia e hendekut të derës. Kjo formulë përcakton zonat në dhomë ku zëri nga jashtë nuk do të dëgjohet.
Dallimet midis difraksionit të zërit dhe dritës janë thjesht sasiore. Fakti është se gjatësia e valës së dritës është disa qindra nanometra (400-700 nm), që është 100,000 herë më pak se gjatësia e valëve më të vogla të zërit. Dukuria e difraksionit manifestohet fuqishëm nëse përmasat e valës dhe pengesat janë afër. Për këtë arsye, në shembullin e përshkruar më sipër, dy persona, duke qenë në dhoma të ndryshme, nuk e shohin njëri-tjetrin, por e dëgjojnë.
Difraksioni i valëve të shkurtra dhe të gjata
Në paragrafin e mëparshëm, është dhënë formula për difraksionin e tingullit me një çarje, me kusht që pjesa e përparme e valës të jetë e sheshtë. Nga formula mund të shihet se në një vlerë konstante prej d, këndet θ do të jenë më të vogla, aq më të shkurtra valët λ do të bien në slot. Me fjalë të tjera, valët e shkurtra shpërthejnë më keq se ato të gjata. Këtu janë disa shembuj të jetës reale për të mbështetur këtë përfundim.
- Kur një person ecën në një rrugë të qytetit dhe vjen në një vend ku muzikantët janë duke luajtur, ai së pari dëgjon frekuenca të ulëta (bas). Ndërsa i afrohet muzikantëve, ai fillon të dëgjojë frekuenca më të larta.
- Rrotullimi i bubullimës, që ndodhi jo shumë larg vëzhguesit, i duket mjaft i lartë (për të mos u ngatërruar me intensitetin) sesa i njëjti rrotullim disa dhjetëra kilometra larg.
Shpjegimi për efektet e vërejtura në këta shembuj është aftësia më e madhe e frekuencave të ulëta të zërit për t'u shpërthyer dhe aftësia e tyre më e vogël për t'u përthithur në krahasim me frekuencat e larta.
Vendndodhja tejzanor
Është një metodë analize ose orientimi në zonë. Në të dyja rastet, ideja është që të lëshohen valë tejzanor (λ<1, 7 cm) nga burimi, më pas t'i reflektojnë ato nga objekti në studim dhe të analizojnë valën e reflektuar nga marrësi. Kjo metodë përdoret nga njeriu për të analizuar strukturën e dëmtuar të materialeve të ngurta, për të studiuar topografinë e thellësive të detit dhe në disa zona të tjera. Duke përdorur vendndodhjen tejzanor, lakuriqët dhe delfinët lundrojnë në hapësirë.
Difraksioni i zërit dhe vendndodhja tejzanor janë dy fenomene të lidhura. Sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës, aq më keq difraktohet. Për më tepër, rezolucioni i sinjalit të reflektuar të marrë varet drejtpërdrejt nga gjatësia e valës. Dukuria e difraksionit nuk lejon të dallohen dy objekte, distanca ndërmjet të cilave është më e vogël se gjatësia e valës së difraksionit. Për këto arsye, përdoret vendndodhja tejzanor dhe jo zanore ose infrasonike.
