Podstawowe pojęcia i prawa ruchu
falowego
Fale mechaniczne
Wielkości i pojęcia charakteryzujące ruch
falowy:
• częstotliwość,
• długość fali,
• prędkość fali,
• amplituda,
• energia fali,
• odbicie,
• ugięcie,
• załamanie.
Prawo odbicia fali
Promień fali padający, promień odbity i
prostopadła do powierzchni padania leżą w
jednej płaszczyźnie, kąt odbicia jest równy
kątowi padania (oba mierzone od
prostopadłej).
Prawo załamania fali
Jeżeli fala nie ulegnie całkowitemu odbiciu to:
1)
załamanie zachodzi ku prostopadłej, jeżeli
drugie środowisko jest gęstsze,
2)
od prostopadłej – gdy jest ono rzadsze.
Fala mechaniczna - fala rozchodząca się w ośrodkach
sprężystych poprzez rozprzestrzenianie się drgań
tego ośrodka. Np. fale morskie, fale dźwiękowe, fale
sejsmiczne.
Fale mechaniczne mogą być falami podłużnymi (np.
fala dźwiękowa) lub poprzecznymi (np. fala na
wodzie).
W procesie rozchodzenia się fali zasadnicze znaczenie
ma proces odwracalnych przemian potencjalnej
energii mechanicznej (energii ciśnienia bądź
naprężenia) w energię kinetyczną. W czasie tych
przemian część energii jest tracona. Zjawisko to
nazywamy tłumieniem fali. Poszczególne ośrodki
mogą znacznie różnić się własnościami
mechanicznymi, co prowadzi do znacznych różnic w
przebiegu zjawisk falowych w różnych materiałach.
Częstotliwość – ilość drgań w jednostce czasu.
Można ją obliczyć ze wzorów:
Gdzie:
f – częstotliwość [Hz]
T – okres
ω – prędkość kątowa
Długość fali - najmniejsza odległość pomiędzy
dwoma punktami o tej samej fazie drgań
Gdzie:
λ - długość fali
T – okres
v – prędkość fali
ω – prędkość kątowa
f - częstotliwość
Prędkość fali - prędkość, z jaką rozchodzą się
miejsca fali o tej samej fazie.
Gdzie:
v
φ
– prędkość fali
ω – prędkość kątowa
k – wektor fali
Amplituda - największe wychylenie z
położenia równowagi.
Napięcie
sinusoidalne
1 = Amplituda
2 = Wartość
międzyszczytowa
3 = Wartość
skuteczna
4 = Okres
E
c
= E
k
+ E
p
W amplitudzie: E
c
= E
k0
+ E
p
W położeniu równowagi: E
c
= E
p0
+ E
k
Energia fali – energia, którą fale niosą ze sobą; pochodzi ze
źródła fali.
Moc źródła - ilość pracy wykonywanej podczas wytwarzania
fali w źródle w jednostce czasu
zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy
dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona
w ośrodku, w którym się rozchodzi,
kąt odbicia jest równy kątowi padania.
zmiana kierunku rozchodzenia się fali na
krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu
zachodzi zwłaszcza dla przeszkód o rozmiarach
porównywalnych z długością fali.
zmiana kierunku rozchodzenia się fali związana ze
zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka.
inna prędkość powoduje zmianę długości fali,
a częstotliwość pozostaje stała.