Miksi, jos heität neliömäisen tiilen veteen, siitä tulevat aallot ovat pyöreitä?

Tässä on kysymys kysymyksistä, jotka häiritsevät vielä kypsymättömiä, mutta jo hyvin uteliaita mieliä. Lapset sekoittavat meidät usein spontaanisuudellaan. Meillä kaikilla on ollut samanlaisia ​​ongelmia lapsuudessa. Kyllä, ja aikuiset kohtaamme usein tavallisia, mutta mielenkiintoisia ilmiöitä, joita emme voi selittää. Joku ei tiennyt tai ei ollut kiinnostunut, joku on jo unohtanut.

Hieman naurettavan muotoilun takana on vakava fysikaalinen teoria. Itse aallon etenemisen mekanismi kuvattiin yhdessä aaltoteorian pääpostulaateista – Huygens-Fresnel-periaatteesta lähes 200 vuotta sitten.

Tiili ei tietenkään ole neliön muotoinen eikä suorakaiteen muotoinen – sillä on suuntaissärmiön muotoinen, mutta kysymykseen vastaamiseksi on tärkeää, että se ei ole pallomainen. Tiilestä tulevat aallot eivät puolestaan ​​ole tiukasti pyöreitä, vaan vain näyttävät siltä.

Jos tiiliä heitetään niin varovasti, että se koskettaa vettä samanaikaisesti koko kasvojen tason kanssa, niin ensimmäisellä hetkellä aallot ovat suorakaiteen muotoisia. Mutta kulmista aalto eroaa ympyrässä. Kulmat tässä tapauksessa näyttelevät pistehäiriöitä. Vedessä paine leviää tasaisesti kaikkiin suuntiin, joten kulmista tulevat aallot ovat ympyrän muotoisia ilman sektoria (sektorin miehittää esine). Tämän seurauksena aallot muodostavat muodon, joka muistuttaa suorakulmiota pyöristetyillä kulmilla. Kun etäisyys kasvaa, kohteen koko ja muoto muuttuvat merkityksettömiksi, ja aallot muistuttavat yhä enemmän samankeskisiä ympyröitä.

Tämä voidaan helposti tarkistaa pitkällä laudalla. Ensimmäisellä hetkellä laudan veteen heitetyltä suuremmalta reunalta tulevat aallot ovat täsmälleen suoria. Suurella etäisyydellä häiriöpisteestä suorien segmenttien aallot pysyvät suorina, mutta segmentit ovat jo niin pieniä suhteessa säteeseen, että havaitsemme ne osana ympyröitä.