fale mechaniczne ich właściwości...padku fal mechanicznych polega to na przekazywaniu energii...
TRANSCRIPT
Fale mechaniczne i ich właściwości. Strona 1
Fale mechaniczne ich właściwości
Ruch falowy - rozchodzenie się w przestrzeni zaburzenia stanu ośrodka materialnego. W przy-
padku fal mechanicznych polega to na przekazywaniu energii ruchu drgającego między sąsiednimi cząsteczkami ośrodka. W przypadku fal elektromagnetycznych polega to na przenoszeniu się w ośrodku materialnym lub w próżni, zmian pól elektrycznych i magnetycznych (zgodnie z pierwszym i drugim prawem Maxwella). Fale mechaniczne(np. fale dźwiękowe) mogą się rozchodzić wszędzie poza próżnią, natomiast fale elektromagnetyczne (np. światło, fale radiowe) mogą się rozchodzić również w próżni.
Podstawowe pojęcia ruchu falowego:
pole falowe – część przestrzeni objęta w danej chwili zaburzeniem (falą),
powierzchnia falowa – powierzchnia, na której we wszystkich punktach zaburzenia mają taką samą fazę drgań,
czoło fali – powierzchnia falowa rozgraniczająca obszar gdzie fala się rozchodzi od obsza-ru, gdzie fala jeszcze nie dotarła,
promień fali – określa kierunek rozchodzenia się energii niesionej przez falę
Klasyfikacja fal:
A. ze względu na kształt powierzchni falowej: płaska, cylindryczna, kulista.
B. ze względu na kierunek drgań cząstek ośrodka względem kierunku rozchodzenia się fali:
poprzeczna: drgania odbywają się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia
się fali,
podłużna: drgania cząstek ośrodka i rozchodzenia się fali zachodzą wzdłuż tego samego
kierunku.
C. ze względu na ich naturę: mechaniczne, elektromagnetyczne. Parametry określające fale:
długość fali ( λ [ m ] ) – najmniejsza odległość (mierzona wzdłuż promienia fali) między
dwoma sąsiednimi punktami fali o takiej samej fazie drgań
okres fali ( T [ s ] ) – czas w jakim cząstka drgająca wykona jedno pełne drganie (czas w
ciągu którego fala przebędzie odległość równą jej długości), częstotliwość fali ( f [ Hz ] ) – odwrotność okresu fali ( f = 1/T ), prędkość fali ( v [ m/s ] ) – prędkość z jaką fala rozchodzi się w ośrodku, jej wartość zale-
ży od właściwości ośrodka w którym się rozchodzi, nie zależy natomiast od amplitudy fali i jej częstotliwości.
Pomiędzy prędkością rozchodzenia się fali v, jej długością λ i częstotliwością f istnieje związek:
T
fv
Zjawiska typowe dla każdego ruchu falowego:
odbicie,
załamanie,
interferencja,
dyfrakcja,
polaryzacja
Fale mechaniczne i ich właściwości. Strona 2
Na podstawie przeprowadzonych badań związanych z polem elektrycznym i magnetycznym, James Clerk Maxwell opracował teorię pola elektromagnetycznego oraz przewidział istnienie fal elek-tromagnetycznych (doświadczalnie istnienie fal elektromagnetycznych potwierdził Heinrich Rudolf Hertz ). Według teorii Maxwella każdej zmianie pola elektrycznego towarzyszy powstanie zmiennego, wirowego pola magnetycznego i na odwrót, tzn. każdej zmianie pola magnetycznego towarzyszy powstanie zmiennego, wirowego pola elektrycznego. Te wzajemne zmiany pól elektrycznych i magnetycznych rozchodzą się w ośrodku w postaci tzw. fal elektromagnetycznych. Fale te są falami
poprzecznymi, tzn. w każdym punkcie pola wektor natężenia pola elektrycznego i wektor indukcji
magnetycznej są do siebie prostopadłe.
Uwaga:
W przypadku wszystkich fal mechanicznych:
mogą się rozchodzić tylko w ośrodku sprężystym (wszędzie poza próżnią),
przenoszą pewną energię,
fale te rozchodzą się ze skończoną prędkością, której wartość zależy od właściwości ośrodka, w którym się rozchodzą, natomiast nie zależy od ich długości i częstotliwości,
rozchodzenie się fali polega na przekazywaniu energii pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami ośrodka, nato-miast przemieszczanie się fali nie polega na przemieszczaniu się cząsteczek ośrodka.
Fale elektromagnetyczne wykazują wszyst-kie zjawiska charakterystyczne dla ruchu falo-wego jak: odbicie, załamanie, ugięcie, interfe-rencja, pochłanianie, polaryzacja. Źródłem fal elektromagnetycznych tzw. długich, średnich,
krótkich (do ok. ) są elektryczne
obwody drgające, tzw. anteny.