Dlaczego, jeśli wrzucisz kwadratową cegłę do wody, fale z niej będą okrągłe?

Tutaj chodzi o pytania, które niepokoją jeszcze niedojrzałe, ale już bardzo dociekliwe umysły. Dzieci często mylą nas ze swoją spontanicznością. Każdy z nas miał podobne problemy w dzieciństwie. Tak, i jako dorośli często spotykamy się ze zwykłymi, ale ciekawymi zjawiskami, których nie potrafimy wyjaśnić. Ktoś nie wiedział lub nie był zainteresowany, ktoś już zapomniał.

Za nieco absurdalnym sformułowaniem kryje się poważna teoria fizyczna. Sam mechanizm propagacji fal został opisany w jednym z głównych postulatów teorii fal – zasadzie Huygensa-Fresnela prawie 200 lat temu.

Cegła oczywiście nie jest ani kwadratowa, ani prostokątna – ma kształt równoległościanu, jednak żeby odpowiedzieć na pytanie, ważne jest, aby nie była kulista. Z kolei fale z cegły też nie będą ściśle okrągłe, a jedynie tak nam się będą wydawać.

Jeśli cegła zostanie rzucona tak ostrożnie, że dotknie wody jednocześnie całą płaszczyzną ściany, to w pierwszym momencie fale będą miały kształt prostokąta. Ale z rogów fala rozejdzie się w kółko. Kąty pełnią w tym przypadku rolę zaburzeń punktowych. W wodzie ciśnienie rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach, dlatego fale z rogów będą miały kształt koła bez sektora (sektor jest zajęty przez przedmiot). W efekcie fale ułożą się w kształt zbliżony do prostokąta z zaokrąglonymi rogami. Wraz ze wzrostem odległości rozmiar i kształt obiektu staną się nieistotne, a fale będą coraz bardziej przypominać koncentryczne okręgi.

Można to łatwo sprawdzić za pomocą długiej deski. W pierwszej chwili fale z większej krawędzi wrzucone do wody deski będą dokładnie proste. W dużej odległości od punktu zakłócenia fale z odcinków prostych pozostaną proste, ale odcinki będą już na tyle małe w stosunku do promienia, że ​​będą przez nas postrzegane jako część okręgów.