Hanna Trębacz

Katedra i Zakład Biofizyki

Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Ruch falowy

Zjawiska fizyczne dotyczące fal

Wykład z biofizyki dla studentów kierunku

– Analityka medyczna

•Fala – periodyczne zaburzenie rozprzestrzeniające się
w ośrodku (w przestrzeni). Fale przenoszą energię z
jednego miejsca do drugiego bez transportu materii.

• Fale poprzeczne - kierunek drgań jest prostopadły do
kierunku rozchodzenia się fali (np. fale morskie, fale
elektromagnetyczne).

•Fale podłużne - drgania odbywają się w tym samym
kierunku, w którym następuje propagacja fali (np. fale
dźwiękowe).

Ruch falowy - podstawy

•Parametry opisujące falę:

częstotliwość (f)

[Hz]

prędkość propagacji (c) [m/s]

długość fali (l)

[m]

natężenie fali (I)

[J/(m

2

·s)]

Ruch falowy - podstawy



Częstotliwość (f) określa liczbę cykli zjawiska

okresowego występujących w jednostce czasu. W

układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz).



Prędkość propagacji (v) prędkość przenoszenia

informacji i energii przez falę.



Długość fali (

l

)

- najmniejsza odległość pomiędzy

dwoma punktami o tej samej fazie

Ruch falowy - podstawy



Natężenie fali – miara energii fali , której jednostką
jest W/m

2

.



Jest ono równe średniej wartości strumienia energii

fali przepływającego w czasie 1 s przez jednostkowe
pole powierzchni (1 m

2

) zorientowanej prostopadle do

kierunku rozchodzenia się fali.

Ruch falowy - podstawy

Ruch falowy - podstawy



Najprostszym rodzajem fali

jest fala harmoniczna (fala
sinusoidalna).

•Fale rozchodzą się prostoliniowo (w ośrodkach
jednorodnych),

•Częstotliwość fal pozostaje stała podczas propagacji w
statycznym ośrodku.

•Długość fali zależy od częstotliwości – większa
częstotliwość to mniejsza długość fali.

•Natężenie fal maleje podczas propagacji w ośrodku

Ruch falowy - podstawy



Odbicie

-

po dojściu do granicy ośrodków fale zmieniają

kierunek poruszając się nadal w tym samym ośrodku

Najważniejsze zjawiska w ruchu falowym



Kąt odbicia jest równy kątowi
padania, a promień padający,
promień odbity i normalna do
powierzchni odbicia leżą w
jednej płaszczyźnie.



W wyniku odbicia zmienia się
tylko kierunek rozchodzenia
się fali.



Załamanie

- zmiana kierunku biegu fali na granicy

ośrodków, w których porusza się z różnymi prędkościami.

Najważniejsze zjawiska w ruchu falowym



Dyfrakcja

– uginanie się fali na krawędziach (zaburzenie

prostoliniowego

rozchodzenia się fal)



(

czego skutkiem jest zdolność do omijania przeszkód

mniejszych niż długość fali).

Najważniejsze zjawiska w ruchu falowym
- dyfrakcja

Dyfrakcja

d >>

λ – dyfrakcja nie

występuje

d

≈ λ – dyfrakcja zachodzi

.

Dyfrakcji fala ulega tylko na takich szczelinach, których
rozmiary są porównywalne z długością fali świetlnej

Dyfrakcja na dwóch szczelinach

Warunek zajścia dyfrakcji



Interferencja

– nakładanie się spójnych fal z różnych

źródeł, które prowadzi do wzmocnienia lub

wygaszenia się fal.

Najważniejsze zjawiska w ruchu falowym
- interferencja

Warunkiem interferencji fal jest ich spójność,
tzn. korelacja faz, amplitudy i częstotliwości

Kierunek drgań w fali poprzecznej



Polaryzacja

– sprowadzenie drgań do wybranego

kierunku w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku

rozchodzenia się fali.



Polaryzacja dotyczy fali poprzecznej.



Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym
kierunku.

Najważniejsze zjawiska w ruchu falowym

Najważniejsze zjawiska w ruchu

falowym

-

Efekt Dopplera



Efekt Dopplera -

to zmiana częstotliwości i długości

fali odbieranej przez odbiornik dźwięku w stosunku do

fali emitowanej przez źródło, gdy źródło fali i odbiornik

są względem siebie w ruchu.



Gdzie: f’- odbierana częstotliwość, f- częstotliwość ze źródła, c-

prędkość dźwięku w ośrodku, v

S

-

prędkość źródła fali w stosunku

do odbiornika.



f

D

– zmiana częstotliwości, (przesunięcie dopplerowskie)

)

v

c

(

c

f

'

f

s







D

f

f

'

f





Zastosowania efektu Dopplera

Pomiar prędkości
• Radar dopplerowski
• Diagnostyka medyczna
• Astrofizyka
• Poszerzenie linii spektralnych

Fale mechaniczne

W przypadku fal mechanicznych cząstki ośrodka,

w którym rozchodzi się fala, oscylują wokół

położenia równowagi, przekazując sobie energię.

Fale na wodzie to

przykład fali

mechanicznej

poprzecznej

Fale akustyczne



– rozchodzące się w ośrodku drgania cząsteczek
ośrodka w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą
zaburzenie gęstości (i ciśnienia),



Falą akustyczną nazywa się zarówno taką falę
podłużną, która powoduje wrażenie słuchowe, jak i
fale o częstotliwościach i amplitudach poniżej i
powyżej zakresu ludzkich zmysłów.

Dźwięk



Wrażenie słuchowe spowodowane
falą akustyczną rozchodzącą się
w ośrodku sprężystym (ciele
stałym, płynie, gazie).



Częstotliwości fal, które są
słyszalne dla człowieka, zawarte są
w paśmie między wartościami
granicznymi od ok. 16-20 Hz do ok.
16-20 kHz.



Natężenie dźwięków słyszalnych
musi przekraczać próg
słyszalności.

Dziękuję !