Fale.pdf

Fale

W ostatnim odcinku zajmowaliŁmy siĪ drganiami. DziŁ proponujĪ byŁmy porozmawiali o falach. Kaōde z Was

widziaĀo fale na wodzie lub na naprĪōonym sznurku. Ruch falowy jest rozpowszechniony w przyrodzie: jest wiele

rōnych rodzajw fal. Zacznijmy od najbardziej podstawowego pytania:

1. Co to jest fala?

Wyobraŋ sobie, ōe w pewnym miejscu jakiegoŁ oŁrodka (wody, sznura, powietrza) powstaje drganie czĥsteczek

tego oŁrodka. Trzymajmy siĪ konkretnego przykĀadu: trzymasz w rĪku koniec sprĪōystego sznura i potrzĥsasz

nim. Koniec sznura drga, bo go do tego zmuszasz. Ale czy tylko koniec? MiĪdzy czĥsteczkami sznura dziaĀajĥ siĀy.

To one powodujĥ, ōe drgania przekazywane sĥ dalej i dalej. Odbywa siĪ to z pewnym opŋnieniem Ï nie ma w

przyrodzie procesw natychmiastowych. Na sznurze powstaje fala Ï wĪdrujĥce w przestrzeni drgania.

Gdy patrzymy na falĪ widzimy jej ruch. JeŁli widzimy poruszajĥcy siĪ kamieĶ, to wiemy, ōe materia kamienia jest

w coraz to innym miejscu przestrzeni Ï porusza siĪ w przd. Co i w ktrym kierunku porusza siĪ w fali? Czy fala

to teō transport materii w kierunku jej ruchu? Popatrzmy na rysunek, na ktrym widzimy przesuwajĥcy siĪ impuls

falowy (pojedyncze drganie) w rōnych chwilach czasu.

Na rysunku widaě, ōe fala porusza siĪ do przodu. A co z czĥsteczkami? One nie poruszajĥ siĪ wraz z falĥ. One

tylko wykonujĥ jedno drganie i pozostajĥ na swych miejscach. Zatem ruch falowy nie polega na transporcie

materii. Co jest zatem transportowane? ÿatwo siĪ o tym przekonaě. PoĀōmy korek na wodzie, a nastĪpnie

wzbudŋmy na niej falĪ. Dopki fala nie dotrze do korka, ten tkwi w bezruchu. Przechodzĥca fala powoduje, ōe

zaczyna on drgaě. Nie jest juō nieruchomy Ï ma energiĪ kinetycznĥ. EnergiĪ tĪ przyniosĀa ze sobĥ fala. Zatem

wraz z falĥ rozchodzi siĪ energia.

Jak dzielimy fale?

Rōnie. To zaleōy co przyjmiemy za podstawĪ podziaĀu.

1. Ze wzglĪdu na naturĪ fizycznĥ fali (co drga).

• Fale mechaniczne, w oŁrodkach materialnych. Drgajĥ tam czĥsteczki oŁrodka.

PrzykĀady: fala na sznurze, fala na wodzie, fala dŋwiĪkowa, fale w sprĪōynach itd.

• Fale elektromagnetyczne. Drgajĥ pola elektryczne i magnetyczne. Mogĥ rozchodziě siĪ w prōni.

PrzykĀady: fale radiowe, ŁwiatĀo, promieniowanie Roentgena

2. Ze wzglĪdu na liczbĪ wymiarw.

• Fale jednowymiarowe. Na przykĀad rozchodzĥce siĪ wzdĀuō sznura.

• Fale dwuwymiarowe. PrzykĀad: fale na wodzie.

• Fale trjwymiarowe. Fala dŋwiĪkowa, Łwietlna (o ile rozchodzĥ siĪ swobodnie w przestrzeni).

3. Ze wzglĪdu n

3. Ze wzglĪdu na zaleōnoŁě miĪdzy kierunkiem drgaĶ i kierunkiem rozchodzenia siĪ fali.

a zaleōnoŁě miĪdzy kierunkiem drgaĶ i kierunkiem rozchodzenia siĪ fali.

•

Fale poprzeczne

•

Fale podĀuōne

PoŁwiĪěmy temu ostatniemu podziaĀowi baczniejszĥ uwagĪ.

Fale poprzeczne.

W tego typu falach kierunek drgaĶ jest prostopadĀy do kierunku rozchodzenia siĪ fali. PrzykĀadem jest fala na

sznurze.

kierunek rozchodzenia si ħ fali

Fale podĀuōne.

Kierunek drgaĶ jest rwnolegĀy do kierunku rozchodzenia siĪ fali. PrzykĀadem sĥ fale dŋwiĪkowe.

kierunek rozchodzenia si ħ fali

kierunek drga ı

Fala podĀuōna polega na przemieszczaniu siĪ zagĪszczeĶ i rozrzedzeĶ oŁrodka.

Jakie wielko Ļ ci charakteryzuj Ģ fal ħ ?

Jest ich kilka. WyjaŁnijmy je na przykĀadzie fali na wodzie.

1. Ze wzglĪdu na naturĪ fizycznĥ fali

2. Ze wzglĪdu na liczbĪ wymiarw.

3. Ze wzglĪdu n

Fale podĀuōne.

poło Ň enie równowagi -

tu byłby poziom wody,

gdyby nie było fali

Spokojna woda wyznacza poĀoōenie rwnowagi. Gdy przechodzi fala, czĥsteczki wody wychylajĥ siĪ z tego po-

Āoōenia. Maksymalne wychylenie nazywamy amplitudĥ fali

amplitudĥ fali

okres fali (oznaczenie: T). Liczba

drgaĶ fali wykonanych w ciĥgu jednostki czasu (np. w ciĥgu sekundy) to czĪstotliwoŁě

okres fali

czĪstotliwoŁě (oznaczenie: f). ÿatwo

odgadnĥě jaka jest zaleōnoŁě miĪdzy okresem a czĪstotliwoŁciĥ: czĪstotliwoŁě to odwrotnoŁě okresu. WielkoŁě

tĪ mierzy siĪ w hercach (oznaczenie: Hz) (czyli odwrotnoŁciach sekundy).

czĪstotliwoŁě

JeŁli zatem okres drgaĶ wynosi 0,1 sekundy, to czĪstotliwoŁě wynosi 10 Hz, bo dziesiĪě drgaĶ przypada na

kaōdĥ sekundĪ.

Kaōda fala porusza siĪ z jakĥŁ prĪdkoŁciĥ (wyjĥtkiem sĥ tzw. fale stojĥce). Ta prĪdkoŁě to jeszcze jedna wiel-

koŁě charakteryzujĥca fale. PrĪdkoŁě dŋwiĪku w powietrzu wynosi ok. 330 m/s, a prĪdkoŁě ŁwiatĀa to

300 000 km/s.

I wreszcie dĀugoŁě fali. Widzimy tĪ wielkoŁě na powyōszym rysunku. Jest to odlegĀoŁě miĪdzy sĥsiednimi

âgrzbietamiÒ (lub âdolinamiÒ) fali. Oznaczamy tĪ wielkoŁě greckĥ literĥ l .

Jaka jest zale Ň no Ļę mi ħ dzy długo Ļ ci Ģ fali i cz ħ stotliwo Ļ ci Ģ ?

Szybko Ļę (warto Ļę pr ħ dko Ļ ci) rozchodzenia si ħ fali to droga dzielona przez czas. Zastanówmy si ħ , jak Ģ drog ħ przeb ħ dzie fala

po upływie jednego okresu? Otó Ň fala przemie Ļ ci si ħ o jedn Ģ swoj Ģ długo Ļę . Mo Ň na wi ħ c napisa ę , Ň e

= . Odwrotno Ļę okresu drga ı to cz ħ stotliwo Ļę , zatem wzór ten mo Ň emy zapisa ę :

To jest poszukiwana zale Ň no Ļę mi ħ dzy cz ħ stotliwo Ļ ci Ģ fali a jej długo Ļ ci Ģ . Wynika z niej, Ň e je Ļ li długo Ļę fali maleje, to cz ħ -

stotliwo Ļę musi rosn Ģę . Je Ļ li zaczniemy szybciej macha ę ko ı cem sznura, produkuj Ģ c fal ħ o wi ħ kszej cz ħ stotliwo Ļ ci, to zauwa-

Ň ymy, Ň e fale b ħ d Ģ krótsze. Sprawd Ņ to.

Co si ħ dzieje, gdy spotkaj Ģ si ħ dwie fale?

Gdy nakładaj Ģ si ħ dwie fale o jednakowej długo Ļ ci, na przykład dwie fale na wodzie wytwarzane rozwidlonym patykiem,

zobaczymy obraz jak na rysunku.

amplitudĥ fali (oznaczenie: A). To tak jak w drganiach. Wykona-

nie jednego peĀnego drgania zajmuje czĥsteczkom pewien czas. Ten czas to okres fali

v l

Widzimy charakterystyczne wzmocnienia fal (tam gdzie âgrzbietÒ spotyka siĪ z âgrzbietemÒ lub âdolinaÒ z âdoli-

nĥÒ) oraz ich wygaszenia (tam, gdzie âgrzbietÒ spotyka siĪ z âdolinĥÒ, woda jest niemal spokojna). Zjawisko na-

kĀadania siĪ fal na siebie nazywamy .

Jakĥ dĀugoŁě fali ma fala dŋwiĪkowa o czĪstotliwoŁci 660 Hz, jeōeli prĪdkoŁě rozchodzenia siĪ dŋwiĪku w powie-

trzu wynosi 330 m/s.

Wynika z niego, ōe dĀugoŁě fali moōna obliczyě dzielĥc prĪdkoŁě fali przez czĪstotliwoŁě.

Podstawmy dane.

330

660

DĀugoŁě takiej fali dŋwiĪkowej wyniesie pĀ metra.

¨ SĀawomir Jemielity

Zadanie jest bardzo proste. Wystarczy skorzystaě ze wzoru

v l

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: