باز تاب از سطوح کروی

باز تاب دو مرحله ای

کاربرد در دستگاه های نوری

نوسان

نوسان تغییر تکرارشونده (در طول زمان) یک متغیر حول یک وضعیت تعادل است. حرکت آونگ نمونه‌ای از حرکت نوسانی است. در طی حرکت آونگ به‌طور متناوب انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل به هم تبدیل می‌گردند. هنگامی که آونگ در پایین‌ترین نقطه مسیر خود قرار دارد، بیشترین انرژی جنبشی و کمترین انرژی پتانسیل را داراست. به عبارت دیگر در این لحظه آونگ بیشترین سرعت را دارد. در لحظه‌ای که آونگ در حداکثر ارتفاع قرار می‌گیرد انرژی جنبشی آن صفر است و انرژی پتانسیل آن حداکثر است، یعنی سرعت آونگ در این محل صفر است. در حالتی که میرایی سیستم صفر باشد، یعنی هیچ گونه اتلاف انرژی وجود نداشته باشد، مجموع انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی ثابت باقی می‌ماند.

ارتعاش نوعی حرکت نوسانی در سیستم‌های مکانیکی است.

پدیده نوسان علاوه بر فیزیک و مکانیک در دیگر رشته‌ها مانند زیست‌شناسی و اقتصاد نیز دیده می‌شود.

نه تنها در ماشینها و ساز و کارهای گوناگون (مثل ساز و کار چرخ ساعت) با دستگاههای ‏نوسانی سر و کار داریم، بلکه بعدا می‌بینیم که اغلب چشمه‌های صوتی دستگاههای ‏نوسانی‌اند، انتشار صوت در هوا به این دلیل صورت می‌گیرد که خود هوا نوعی دستگاه ‏نوسانی است. ‏از این گذشته علاوه بر دستگاههای نوسانی مکانیکی ، دستگاههای نوسانی ‏الکترومغناطیسی نیز وجود دارد. که در آنها نوسانهای الکتریکی می توانند روی دهند و ‏همینها اساس مهندسی رادیو را تشکیل می‌دهند. سرانجام ، بسیاری دستگاههای ‏دوگانه ، مثل دستگاههای نوسانی الکترومکانیکی نیز وجود دارند که در زمینه‌های ‏گوناگون بکار می‌روند.‏

 

نوسانات آونگ

هرگاه جسمی چنان آویزان شود که گرانیگاهش پایینتر از نقطه آویز باشد یک آونگ ‏درست می‌شود. چکش آویزان از میخ ، وزنه آویزان از فنر مثالهایی از دستگاه نوسانی‌‏اند، و با آونگ ساعت دیواری تشابه دارند. هرگاه دستگاهی بتواند نوسانهای آزاد انجام ‏دهد با موضع تعادل پایدار مشخص می‌شود. آونگ ، هنگامی در این موضع است که ‏گرانیگاهش روی امتداد قائم و زیر نقطه آویز باشد.

اگر آونگ را از این موضع بکشیم یا آن را اندکی هل دهیم، آونگ شروع به نوسان می‌کند ‏یعنی به دو طرف موضع تعادل منحرف می‌شود. انحراف ماکزیمم از موضع تعادل آونگ ‏دامنه نوسان نامیده می‌شود. دامنه را انحراف اولیه یا هل دادنی که آونگ را به حرکت ‏می‌اندازد معین می‌کند. این خاصیت بستگی دامنه به شرایط اولیه نه فقط خاص ‏نوسانهای آزاد آونگ است، بلکه در کل در نوسانهای آزاد تعداد زیادی دستگاههای ‏نوسانی نیز صادق است.

آزمایش ساده با آونگ

تار مویی (تکه‌ای از سیم نازک یا رشته نایلونی کشسانی) را به آونگ می‌بندیم و ‏شیشه دوده اندودی را به زیر آونگ قرار می‌دهیم. بطوری که آونگ تماس کمی را با ‏شیشه دود اندوده شده داشته باشد. اگر صفحه را با سرعت ثابت در راستای عمود بر ‏صفحه نوسانها حرکت دهیم و همزمان با حرکت دادن صفحه آونگ نیز در حرکت باشد ‏روی صفحه خط موجداری می‌کشد.

در این آزمایش ساده‌ترین نوسان نگار یعنی ‏وسیله‌ای برای ثبت نوسانها بدست آورده‌ایم، منحنیهایی که با کمک نوسان نگار ثبت ‏شده‌اند، نوسان نگاشت نامیده می‌شوند.

چون حرکت دود اندود یکنواخت حرکت داده می‌شود، هر جابجایی آن متناسب با ‏زمانی است که طی آن جابجایی به انجام رسیده است. بنابراین می‌توان گفت که ‏زمان با مقیاس معینی در امتداد خط مستقیم برده شده است (مقیاس به سرعت ‏صفحه بستگی دارد). از طرف دیگر تار روی صفحه در راستای عمود بر خط (صفحه) فواصل ‏بین نوک آونگ و موضع متعادل آن یعنی فاصله‌ای را که نوک آونگ از این موضع دور می‌‏شود علامت می‌گذارد. پس نوسان نگاشت درست نمودار حرکت ، یعنی منحنی بیان ‏کننده بستگی مسیر به زمان است.‏

کاملا معلوم است که در چنین نموداری شیب خط منحنی مساوی سرعت حرکت است. ‏آونگ با سرعت ماکزیمم از موضع تعادل می‌گذرد.

بنابراین شیب منحنی موجدار در ‏نقاطی که خط را قطع می‌کند ماکزیمم است. برعکس ، سرعت آونگ در لحظه‌های ‏مربوط به ماکزیمم انحرافها مساوی صفحه است. از این رو مماس بر خط موجدار در ‏نقاطی که ماکزیمم فاصله را از خط دارد با آن موازی است (یعنی شیب مماس مساوی ‏صفر است).‏

شرایط لازم برای نوسان یک جسم

1.  باید امکان تبدیل انرژی پتانسیل و جنبشی به یکدیگر در جسم وجود داشته باشد. در نوسان آونگ انرژی جنبشی و پتانسیل گرانشی، و در سیستم جرم و فنر نیز انرژی های جنبشی و پتانسیل کشسانی دائما در حال تبدیل به یکدیگر هستند.
2. با خارج شدن جسم از وضعیت تعادل، باید نیرویی وجود داشته باشد که آن را به نقطه تعادل بازگرداند. در حرکت نوسانی آونگ، نیروی بازگرداننده وزن آونگ و در سیستم جرم و فنر نیز نیروی کشسانی فنر است.