1. В однородной среде волны распространяются одинаково во все стороны от источника
колебаний (рис. 1).
Рис. 1.
Однако на границе раздела сред с различными физическими свойствами картина
распространения волн существенно изменяется. Волна может частично перейти из одной
среды в другую, а частично отразиться от границы раздела и распространяться в первой
среде.
Все хорошо знакомы с таким явлением, как отражение. Например, светового луча от
зеркала. Отражение — это явление, которое свойственно волнам любой физической
природы. Рассмотрим отражение механических волн.
На рисунке 2 опыт с волнами на поверхности воды. На пути волн находится плоская
пластинка, длина которой больше длины волны. Когда вибратор приводится в колебание,
видно, что за пластинкой образуется область, куда волны не проникают (рис. 2). Кроме
того, видно, что перед пластинкой образуется как бы сетка из волн. Волны, падающие на
пластинку, отражаются от неё и идут навстречу падающим. Таким образом, механические
волны отражаются от преграды, размеры которой больше длины волны.
Рис. 2.

2. Угол между направлением распространения падающей волны и перпендикуляром к
плоскости пластины называют углом падения (см. рис.3).
Угол между направлением распространения отраженной волны и перпендикуляром
называют углом отражения.
Отражение волн — это явление, при котором падающая на поверхность раздела двух
сред волна распространяется от границы в той же среде, в которой она первоначально
распространялась.
Отражение свойственно волнам любой физической природы.
Механические волны отражаются от преграды, размеры которой больше длины волны.
Закон отражения механических волн: угол отражения равен углу падения
Звуковые волны, свободно распространяющиеся в воздухе, при встрече со стеной
испытывают отражение, и мы слышим эхо.
(http://www.ngmu.ru/cozo/images/demo/uzi/info/t1/1.htm
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ)
Рис. 3.
На рисунке 3 приведена иллюстрация закона отражения волн.
На рисунке 3 изображена преломлённая волна (3), которая при переходе через границу
раздела двух сред отклоняется от первоначального направления. Часть энергии волны
возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение волны. Волна частично может
пройти через границу сред, меняя при этом, как правило, направление распространения.
Преломлением волн называется изменение направления распространения волны при
переходе её из одной среды в другую.
Преломление волны при переходе из одной среды в другую вызвано различием в
скоростях распространения волны в той и другой среде.

3. При наблюдении процесса распространения волн через границу раздела двух сред с
различными физическими свойствами выясняется, что скорость распространения волн
зависит от свойств среды.
Если скорости волн по разные стороны от границы раздела одинаковы, то преломлённая
волна распространяется в том же направлении, что и падающая волна, иными словами
никакого преломления наблюдаться не будет. Итак, единственной характеристикой среды,
существенной для описания распространения волн является скорость волны в данной
среде. То есть среды могут быть различными (например, одна красной, другая зелёной),
но если скорости распространения данного типа волн в них одинаковы, то для этой волны
среды неразличимы и волна не преломляется.
Преломление является универсальным явлением для всех волн. Хорошо известным
примером преломления волн является преломление света (рис.4).
Рис. 4.
Преломление волн объясняет хорошо известное наблюдение: волны на поверхности воды
набегают на берег практически перпендикулярно ему. Это происходит потому, что по
мере приближения к берегу уменьшается скорость распространения волн, что и приводит
к тому, что волна своими гребнями разворачивается параллельно берегу.
Наблюдения за распространением волн на поверхности воды от двух или большего числа
источников показывают, что волны проходят одна через другую, совершенно не влияя
друг на друга (рис. 5).
Интерференция волн на воде. Фото: SPL/EAST NEWS

4. Рис. 5.
Точно так же не влияют друг на друга и звуковые волны. Когда играет оркестр, то звуки
от каждого инструмента приходят к нам точно такими же, как если бы играл отдельно
каждый инструмент.
Этот экспериментально установленный факт объясняется тем, что в пределах упругой
деформации сжатие или растяжение тел вдоль одного направления не влияет на их
упругие свойства при деформации по любым другим направлениям. Поэтому в каждой
точке, которой достигают волны от разных источников, результат действия нескольких
волн в любой момент времени равен сумме результатов действия каждой волны в
отдельности.
Если взять два источника волн, колеблющихся с одинаковой частотой, например, на
поверхности воды, то в любую точку на поверхности воды приходят одновременно две
волны. Каждая частица среды начинает совершать колебания с частотой источника,
возбудившего эту волну. А поскольку в данную точку среды приходят сразу две волны, то
частица одновременно участвует в двух колебаниях. Происходит сложение колебаний или
наложение двух волн.
Если посмотреть на поверхность воды, то можно увидеть чередование областей, в
которых колебания особенно сильны, и областей с ослабленными колебаниями, т. е.
чередование максимумов и минимумов колебаний (рис. 6).
Рис. 6.
Интерференцией волн называется явление увеличения или уменьшения амплитуды
результирующей волны при сложении двух или нескольких волн с одинаковыми
периодами колебаний.
Образующаяся при этом на поверхности воды картина называется интерференционной.
Интерференционная картина устойчива, она не меняется со временем, если частота и
соответственно длина волны будут одинаковы.

5. Для того чтобы интерференционная картина была выражена ярко, амплитуды колебаний
источников должны быть одинаковы. В этом случае суммарная амплитуда при усилении
колебаний будет равна удвоенной амплитуде, а при ослаблении — нулю.
Волны могут заходить за края препятствий, иначе говоря, они будут распространяться
почти так же, как если бы препятствия не было.
Благодаря дифракции мы слышим звук из-за угла дома, находясь за деревом, и т. п. Эти
препятствия огибаются звуком. Дифракцию механических волн можно наблюдать, если
размеры окружающих нас предметов невелики по сравнению с длиной волны.
Дифракцией называется явление огибания волнами препятствий и проникновение их за
края препятствий.
Если уменьшать размеры отверстия в преграде на пути волны, то, чем меньше будут
размеры отверстия, тем большие отклонения от прямолинейного направления
распространения будут испытывать волны (рис. 7, а).
Рис. 7, а).
Наиболее отчётливо дифракция проявляется при прохождении волн через отверстие с
размерами порядка длины волны или при встрече с препятствиями таких же размеров
(рис. 7, б)).
Рис. 7, б).
Дифракция волн происходит при их встрече с преградой любой формы и любых размеров.
Обычно при больших по сравнению с длиной волны размерах препятствия или отверстия
в преграде дифракция волн мало заметна. При достаточно больших расстояниях между

6. источником волн, преградой и местом наблюдения волн, дифракционные явления могут
иметь место и при больших размерах отверстия или преграды.