Sprawozdanie z ćwiczenia nr 11

Fale przenoszą energię z jednego miejsca na drugie bez przenoszenia masy. Może się to odbywać przez zaburzenie ośrodka, poprzez przenoszenie po powierzchni cieczy drgania harmonicznego; przenoszenie wzdłuż sprężyny odkształcenia sprężystego.

Fale mechaniczne mogą się rozchodzić tylko w takim ośrodku, który charakteryzuje się określonym rodzajem sprężystości.

Fale mechaniczne poprzeczne mogą się rozchodzić tylko w takich ośrodkach które charakteryzują się sprężystością postaciową. Fale podłużne w ośrodkach o sprężystości objętościowej lub postaciowej.

Prędkością fali nazywamy prędkość z jaką rozchodzi się w przestrzeni zaburzenie ośrodka. Prędkość zależy od tego, jak szybko cząsteczka ośrodka wychylna z położenia równowagi wytrąci z położenia równowagi następną. To zaś jest uzależnione od sił sprężystości powstających w ośrodku i od bezwładności cząsteczek tego ośrodka.

Powierzchnią falową nazywamy powierzchnię utworzoną z punktów ośrodka znajdujących się w tej samej fazie. Są to zwykle punkty jednakowo odległe od źródła fali.

Czołem fali nazywamy tę powierzchnię falową, która w danej chwili jest najbardziej odległa od źródła.

Alą płaską nazywamy falę, której powierzchnia falowa jest płaszczyzną.

Falą kulistą nazywamy falę, której powierzchnie falowe są współśrodkowymi kulami, w których centrum znajduje się źródło fali.

Długością fali nazywamy najkrótszą odległość między dwoma powierzchniami falowymi różniącymi się o 2π.

Między długością , prędkością i częstotliwością fali istnieje taki związek:

Zasada superpozycji fal mówi, że gdy kilka ciągów falowych przemieszcza się jednocześnie w danym ośrodku, każdy z nich rozchodzi się niezależnie od innych, czyli tak, jakby pozostałe ciągi nie istniały. Wypadkowe wychylenie cząsteczki ośrodka w dowolnym punkcie i w dowolnym czasie jest suma wychyleń spowodowanych przez każdy ciąg z osobna.

Skutkiem nałożenia się na siebie dwóch fal sinusoidalnych o tej samej częstotliwości, rozchodzących się w tym samym kierunku jest pojawienie się obszarów, w których drgania cząsteczek wzmacniane są w stosunku do drgań wywoływanych przez jedną falę oraz obszarów w których nie ma żadnych drgań. Położenie obszarów wzmacnianych lub wygaszanych drgań cząsteczek zależy przy tym od różnicy odległości w jakich punkty tych obszarów znajdują się od źródeł nakładających się fal - interferencja fal.

Fala stojąca charakteryzuje się tym ,że wzdłuż prostej określającej kierunek rozchodzenia się fal nakładających się na siebie wystąpują punkty całkowitego wygaszenia i punkty w których drgania odbywają się z maksymalną amplitudą równa 2 Y zwane strzałkami. Odległość poszczególnych wezłów fali stojącej od źródła określa wzór

fala stojąca nie przenosi żadnej energii przez ośrodek. Energia każdej cząsteczki jast stała i jest związana z tą cząsteczką w trakcie wykonywania przez nią drgań harmonicznych wokół położenia równowagi.

Zjawisko interferencji fal zachodzi tylko wtedy, gdy fazy nakładających się na siebie al. Są identyczne lub gdy różnią się o stałą (niezmienną w czasie) wartość. Fale, których fazy spełniają ten warunek nazywamy spójnymi lub koherentnymi. Nałożenia się na siebie fal niespójnych nie wywołuje zjawiska interferencji.