Fale · Fale mechaniczne
Fale mechaniczne
Czym jest fala mechaniczna?
Fala mechaniczna to rozchodzące się zaburzenie ośrodka. Przenosi energię, ale nie przenosi ośrodka jako całości. Do rozchodzenia się potrzebuje materii, której cząstki oddziałują ze sobą.
Czym jest fala mechaniczna?
W fali poprzecznej drgania ośrodka są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. W podłużnej są równoległe. Rodzaj fali zależy od kierunku drgań, nie od kształtu jej wykresu.
Wielkości opisujące falę
Amplituda to maksymalne wychylenie, okres — czas jednego drgania, częstotliwość — liczba drgań na sekundę, a długość fali — odległość między najbliższymi punktami o tej samej fazie.
Wielkości opisujące falę
Prędkość fali spełnia . Zależy od właściwości ośrodka. Gdy fala przechodzi do innego ośrodka, częstotliwość pozostaje taka jak częstotliwość źródła, a zmieniają się i .
Wielkości opisujące falę
Prędkość fali zależy od właściwości ośrodka. W ośrodku dyspersyjnym może zależeć także od częstotliwości; tylko w przybliżeniu niedyspersyjnym jest taka sama dla różnych częstotliwości.
Zjawiska i przykłady
Podczas trzęsienia ziemi rozchodzą się fale P i S. Fale P są podłużne i zwykle docierają wcześniej; fale S są poprzeczne i nie rozchodzą się w cieczach. Różnica czasu ich przybycia pomaga określić odległość od źródła.
Zjawiska i przykłady
Tsunami jest falą o bardzo dużej długości, powstałą zwykle wskutek nagłego przemieszczenia dna morskiego. Na otwartym oceanie może być niska, a przy brzegu jej wysokość rośnie, dlatego systemy ostrzegania obserwują zmiany poziomu i ruch wody.
Zjawiska i przykłady
Dźwięk jest falą mechaniczną i potrzebuje ośrodka. Światło jest falą elektromagnetyczną, więc może rozchodzić się w próżni. Oba rodzaje fal mogą ulegać odbiciu, załamaniu, dyfrakcji i interferencji.
Ważne rozróżnienia
Na wykresie odległość między sąsiednimi grzbietami to długość fali . Na wykresie w tym samym punkcie poziomy odstęp między grzbietami to okres , a nie odległość.
Zastosowanie pojęć
Fale P i S różnią się kierunkiem drgań cząstek oraz prędkością w danym ośrodku. Rozpoznaj rodzaj fali po kierunku drgań względem kierunku jej rozchodzenia się.
Zastosowanie pojęć
Ruch elementu ośrodka jest lokalnym drganiem wokół położenia równowagi. Sama fala przesuwa się dalej, przenosząc energię.
Zastosowanie pojęć
Fala mechaniczna powstaje, gdy zaburzenie rozchodzi się dzięki oddziaływaniom między elementami ośrodka. W próżni taka fala się nie rozchodzi.
Zastosowanie pojęć
Gdy i są znane, długość fali wynosi . Zawsze sprawdź, czy podana prędkość dotyczy właściwego ośrodka.
Fale stojące
Fala stojąca powstaje przez nałożenie dwóch fal o tej samej częstotliwości i amplitudzie, które biegną przeciwnie. Węzły pozostają w spoczynku, a strzałki drgają z maksymalną amplitudą.
Rezonanse strun i słupów powietrza
Rezonans występuje, gdy częstotliwość wymuszająca pasuje do częstotliwości własnej układu. Dla struny unieruchomionej na obu końcach i rury otwartej na obu końcach . Dla rury zamkniętej z jednej strony , gdzie ; pomijamy poprawkę na otwarte końce.
Na co zwrócić uwagę?
W fali stojącej węzeł ma zerową amplitudę, a strzałka — największą. Odległość między sąsiednimi węzłami wynosi ; od węzła do najbliższej strzałki — .