Fala stojąca — fala, której pozycja w przestrzeni pozostaje niezmienna. Fala stojąca może zostać wytworzona w ośrodku poruszającym się względem obserwatora lub w przypadku interferencji dwóch fal poruszających się w takim samym kierunku, ale mających przeciwne zwroty.

Fala stojąca to w istocie drgania ośrodka nazywane też drganiami normalnymi. Idealna fala stojąca nie jest więc falą - drgania się nie propagują. Miejsca gdzie amplituda fali osiąga maksima nazywane są strzałkami, zaś te, w których amplituda jest zawsze zerowa węzłami fali stojącej.

Prawo Webera-Fechnera – prawo wyrażające relację pomiędzy fizyczną miarą bodźca a reakcją układu biologicznego. Dotyczy ono reakcji na bodźce takich zmysłów jak wzrok, słuch czy poczucie temperatury. Jest to prawo fenomenologiczne będące wynikiem wielu obserwacji praktycznych i znajdujące wiele zastosowań technicznych.

Wartość reakcji układu biologicznego jest proporcjonalna do logarytmu bodźca.

Prawo to można wyrazić wzorem

gdzie:

w - reakcja układu biologicznego (wrażenie zmysłowe),

B - natężenie danego bodźca,

B₀ - wartość początkowa natężenia danego bodźca,

ln - logarytm naturalny.

. Tak więc ocena głośności dźwięku zależy od logarytmu ciśnienia akustycznego na membranie bębenka, zaś ocena jasności światła zależy od logarytmu strumienia światła mierzonego na powierzchni oka. Właśnie z powodu stosowalności prawa Webera-Fechnera w pomiarze głośności dźwięków stosuje się jednostki ilorazowe jak bel i jego podwielokrotności.

Webera-Fechnera prawo, empiryczne prawo fizjologii określające skalę reakcji ludzkich zmysłów (wzroku, słuchu) na bodźce fizykalne. Zgodnie z nim zmysły reagują na zmianę bodźca o określony procent jego aktualnego poziomu (np. wzrok reaguje na wzrost natężenia oświetlenia o 1%).

Rezultatem prawa Webera-Fechnera są logarytmiczne skale służące do charakterystyki tych zjawisk fizykalnych, których opis pierwotnie oparty był na subiektywnym odczuciu ich wielkości (bel, fotometryczna skala wielkości gwiazdowych). Prawo podał ogólnie E.H. Weber, zmatematyzował je G.T. Fechner.

Podstawowy wzór na częstotliwość fali dźwiękowej

Podstawowy wzór na częstotliwość dźwięku wynika bezpośrednio z wzoru na prędkość fali (dowolnej fali) harmonicznej.  v = λ f - obowiązuje on zarówno dla dźwięku w powietrzu, jak i dźwięku w ciałach stałych i cieczach. Wzór, oprócz częstotliwości zawiera tylko dwa elementy długość i prędkość rozchodzenia się fali.  Po prostym podzieleniu obu stron równania przez długość fali lambda (λ) otrzymamy potrzebny nam wzór na częstotliwość:   f  – częstotliwość dźwięku (w układzie SI w hercach Hz) λ – (oznaczane grecką literą lambda) długość fali dźwiękowej (w układzie SI w metrach).

25.18 Fala stojąca.

Jest to szczególny przypadek interferencji fal (zob.pkt.25.17.1). Powstaje w wyniku nałożenia się na siebie fali biegnącej z falą odbitą.





Powstają węzły (wygaszenie fali) i strzałki (wzmocnienie fali). Węzły, tak jak strzałki, znajdują się w odległości  od siebie.Fala stojąca nie przenosi fali, można ją traktować jako rezonans skończonej liczby punktów drgających.

Oznaczenia:
λ - długość fali.


25.19 Częstotliwość fali stojącej na strunie.

Częstotliwość :
,  

Oznaczenia:
f - częstotliwość;
V - prędkość fali;
l - długość struny;
n - ilość wzmocnień (zob.pkt.25.18) (ilość mocowań struny minus 1).


25.20 Rura Kundta.

Jest to rura szklana zamknięta na obu końcach. Wewnątrz jest sproszkowany korek. Drewniany ruchomy pręt pozwala dopasować słup powietrza.



Rura Kundta służy do wyznaczania prędkości fal w różnych materiałach :


Oznaczenia:
V_M - prędkość fali w metalu;
V_P - prędkość fali w powietrzu;
l - długość słupa powietrza;
L - długość prętu od pkt. zaczepienia do korka.

25.2 Długość, okres i częstotliwość fali. Powierzchnia falowa.

25.2.1 Okres fali.

Okres (T) - czas rozejścia się jednego pełnego drgania.

25.2.2 Długość fali.

Długość fali (λ) - najbliższa odległość między punktami o tej samej fazie drgań.

25.2.3 Częstotliwość fal.

Częstotliwość :


Oznaczenia
T - okres;
f - częstotliwość.


25.2.4 Powierzchnia falowa.

Powierzchnia falowa - zbiór punktów o tej samej fazie drgań.

25.3 Prędkość rozchodzenia się fali.

Prędkość fali :


Prędkość rozchodzenia się fali w danym ośrodku jest zawsze stała.

Oznaczenia
V - prędkość rozchodzenia się fali;
λ - długość fali;
T - okres;
f - częstotliwość.


Fala stojąca — fala, której pozycja w przestrzeni pozostaje niezmienna. Fala stojąca może zostać wytworzona w ośrodku poruszającym się względem obserwatora lub w przypadku interferencji dwóch fal poruszających się w takim samym kierunku, ale mających przeciwne zwroty.

Fala stojąca to w istocie drgania ośrodka nazywane też drganiami normalnymi. Idealna fala stojąca nie jest więc falą - drgania się nie propagują. Miejsca gdzie amplituda fali osiąga maksima nazywane są strzałkami, zaś te, w których amplituda jest zawsze zerowa węzłami fali stojącej. Rysunek przedstawia idealną (zupełną) falę stojącą. W przypadkach rzeczywistych zwykle porusza się ona tam i z powrotem w ograniczonym obszarze przestrzeni (niezupełna fala stojąca).

Fala biegnąca (lub fala bieżąca) jest to fala, która porusza się - nie jest falą stojącą.

Fala stojąca w ośrodku stacjonarnym. Punkty oznaczają węzły fali

Fala stojąca (czarna) będąca złożeniem dwóch fal biegnących w tym samym kierunku, ale o przeciwnych zwrotach (czerwona i niebieska)

Fale sprężyste natomiast są to rozchodzenie się mechanicznych zaburzeń ośrodka sprężystego. Zaburzenia te polegają na drganiach cząstek ośrodka przez źródło fali. Małe zaburzenia tego typu nie mają własności przenoszenia substancji. Drgania ośrodka sprężystego mogą mieć różne kierunki. Dlatego rozróżniamy fale sprężyste podłużne i poprzeczne.

Długość fali λ: to droga, jaką przebywa fala w czasie, gdy dowolna cząsteczka ośrodka wykonuje jedno pełne drganie (czyli w czasie jednego pełnego okresu). Inaczej: jest to najmniejsza odległość między powtarzającym się fragmentem fali. Długość fali wyrażamy wzorem:

λ = V ∙ T = V/f

gdzie:

λ - długość fali

V - prędkość fali

T - okres fali

f = 1/T - częstotliwość fali.

Jednostką długości fali jest 1 m.

Natężenie dźwięku - to wielkość fizyczna oznaczana I, będąca miarą energii akustycznej dźwięku. Jednostką natężenia dźwięku jest 1w/1m².

Fale są to rozprzestrzeniające się w ośrodku materialnym lub polu zaburzenia pewnej wielkości fizycznej charakteryzującej stan tego ośrodka lub pola.

Fale sprężyste natomiast są to mechaniczne zaburzenia (odkształcenia) rozprzestrzeniające się w ośrodku sprężystym. Ciała zewnętrzne powodujące owe zaburzenia ośrodka nazywają się źródłami fal. Rozchodzenie się fal sprężystych polega na wzbudzaniu drgań cząstek ośrodka coraz bardziej odległych od źródła fal. Najważniejszą cechą odróżniającą fale sprężyste od dowolnego innego uporządkowanego ruchu cząstek ośrodka jest to, że w przypadku małych zaburzeń (przybliżenie liniowe) rozchodzenie się fal sprężystych nie jest związane z przenoszeniem substancji. Ze względu na kierunek drgań ośrodka rozróżniamy fale podłużne i poprzeczne.

• Przyjmując rozwiązanie równania falowego w postaci:

Izofona (krzywa izofoniczna) – krzywa jednakowego poziomu głośności dźwięku. Izofony są przedstawiane w układzie logarytmicznej zależności poziomu natężenia dźwięku lub poziomu ciśnienia akustycznego od częstotliwości^[1]. Dana krzywa izofoniczna ma tę samą wartość, na przestrzeni różnych częstotliwości, liczoną w fonach, ale różną liczoną w decybelach. Wynika to z różnego odbioru częstotliwości przez ludzkie ucho.

Najniżej położona krzywa (0 fonów) stanowi próg słyszenia, czyli określa najmniejszą wartość poziomu ciśnienia akustycznego tonu o danej częstotliwości wywołującego wrażenie słuchowe. Krzywa położona najwyżej (około 130 fonów) to granica bólu, co oznacza, że tony o określonych przez nią poziomach powodują ból, a nawet mogą uszkodzić słuch. Pomiędzy krzywą progu słyszenia a krzywą granicy bólu leży cała rodzina krzywych izofonicznych, których parametrem jest poziom głośności^[2].

Dolna granica słyszalności i granica bólu wyznaczają obszar (powierzchnię) słyszalności. Zakres odbieranych częstotliwości wynosi średnio od 16 Hz do 20 kHz, a poziomów (dla częstotliwości 3 kHz) od -10 dB do 130 dB^[2].

Ze względu na swój subiektywny charakter, krzywe izofoniczne nie mają ścisłego kształtu, ani położenia i różnią się w zależności od metod badawczych użytych do ich wyznaczenia.