Fale mechaniczne.

1.Przykłady ciał drgających.

Ciała poruszające się ruchem drgającym:

- wahadło

- membrana głośnika

- struny instrumentów muzycznych

- struny głosowe

Wielkości jakimi charakteryzuje się ruch drgający:

- amplituda (A)

- okres drgań (T)

- częstotliwość drgań (f)

Wzory:

T=1/F n- ilość drgań

f=1/T t- czas, w którym te drgania nastąpiły

f=n/t

2. Pojęcia.

Amplituda- największe wychylenie ciała z położenia równowagi.

Okres drgań- czas, w którym nastąpiło jedno, pełne drganie

Częstotliwość- ile było drgań w ciągu jednej sekundy

Drgania gasnące- drganie, którego nie uzupełniamy energii ciała drgającego (jego amplituda z czasem maleje)

Drganie wymuszone- drganie, którego uzupełniamy energię danego ciała drgającego (jego amplituda jest wciąż taka sama)

3. Fale mechaniczne.

Przykłady fal mechanicznych:

- fale wytworzone na gumowym wężu

- fale wytworzone na powierzchni wody

- fale dźwiękowe

Wielkości charakterystyczne dla fal mechanicznych:

- długość fali (?)-droga jaką przebywa fala w ciągu jednego pełnego okresu

?=V.T ?=V/T

- szybkość fali

- amplituda 

4.Fale wytworzone na powierzchni wody.

Na powierzchni wody możemy wyróżnić dwa rodzaje fal:

- fale koliste- wzbudzane przez źródło punktowe; fale koliste rozchodzą się we wszystkich kierunkach

 - fale płaskie- wzbudzane za pomocą np. długiej listwy; fale płaskie rozchodzą się tylko w jednym kierunku

5. Zjawiska, którym ulegają fale wytwarzane na powierzchni wody.

 Odbicie fali (fala płaska wytworzona na powierzchni wody natrafiwszy na przeszkodę ulega odbiciu od niej zmieniając swój kierunek rozchodzenia się

Ř Ugięcie fali (dyfrakcja) (fala płaska wytworzona na powierzchni wody natrafiwszy na przeszkodę z jedną wąską szczeliną ulega ugięci (dyfrakcji) na niej; powstaje fala kolista rozchodząca się we wszystkich kierunkach)

Ř Zjawisko nakładania się fal (interferencja) (fala płaska na powierzchni wody natrafiwszy na przeszkodę z dwoma wąskimi szczelinami ulega ugięciu(dyfrakcji) na nich; powstają dwie koliste fale rozchodzące się we wszystkich kierunkach, które wzajemnie nakładają się na siebie (interferują ze sobą)

PUNKTY MAKSYMALNEGO WZMOCNIENIA powstają w wyniku interferencji fal gdy fale napotykają się fazami zgodnymi (grzbiet jednej fali z grzbietem drugiej, a dolina jednej z doliną drugiej).

PUNKTY MAKSYMALNEGO OSŁABIENIA w wyniku interferencji powstają gdy fale napotykają się fazami przeciwnymi(grzbiet jednej fali z doliną drugiej)

 6.Fale dźwiękowe

CZŁOWIEK SŁYSZY DŹWIĘKI W ZAKRESIE CZĘSTOTLIWOŚCI OD 20 DO 20 000 Db

Cechy mierzalne i fizyczne dźwięku:

- Częstotliwość (duża częstotliwość dźwięku oznacza, że słyszany dźwięk jest wysoki; mała-częstotliwość- dźwięk niski)

- Poziom natężenia dźwięku (jeżeli fala dźwiękowa przenosi dużą porcję energii wówczas słyszany dźwięk jest głośniejszy); głośność dźwięku wyrażamy w decybelach dB (do 90 dB dźwięk nie jest szkodliwy dla człowieka)

- Stopień skomplikowania dźwięku (barwa dźwięku)

DŹWIĘK ROZCHODZI SIĘ ZE STAŁĄ PRĘDKOŚCIĄ:

w powietrzu- 340m/s

w wodzie- 1450m/s

FALE MECHANICZNE

Fale mechaniczne z uwzględnieniem fal dźwiękowych.

Prosty ruch harmonijny, pierwotny składnik wszystkich drgań jest ruchem powszechnie znanym i użytecznym; odgrywa zasadniczą rolę m.in. w nauce o dźwięku i w muzyce. Nauka o tym ruchu falowym jest obszernym działem fizyki, którego osiągnięcia stosuje się do analizy fal oceanicznych, trzęsień ziemi, dźwięku, itp. Znaczenie tego działu fizyki wzrosło wraz z rozwojem nauki, gdy okazało się, że światło jest falą, a bardziej jeszcze, gdy pomysł de Broglie’a spowodował nową rewolucję w fizyce.

Fala to rozchodzenie się w przestrzeni zaburzenia stanu ośrodka materialnego, czyli rozchodzenie się wszelkiego rodzaju drgań. I tak np. rozchodzenie się zaburzeń stanu pola elektromagnetycznego stanowi falę elektromagnetyczną, a ośrodka mechanicznego (sprężystego) – falę mechaniczną (sprężystą). Do rozchodzenia fali niezbędne jest istnienie w ośrodku materialnym takiego sprzężenia między sąsiednimi jego punktami, aby zmiana stanu ośrodka w jednym jego punkcie powodowała podobną zmianę w punktach sąsiednich. Wywoływanie takich zmian wymaga zawsze pewnej energii, fala niesie więc ze sobą energię. To przenoszenie energii bez jednoczesnego przenoszenia substancji jest cechą charakterystyczną ruchu falowego.

Fazę fali uważa się za określoną, jeżeli dany jest zespół wartości parametrów opisujących stan drgań ośrodka w danym punkcie i w danej chwili. Fazę fali na sznurze w pewnym jego miejscu będzie np. określało przesunięcie sznura z położenia równowagi oraz prędkość sznura w tym jego miejscu w danej chwili. Powierzchnią falową (powierzchnią fazową) fali rozchodzącej się w przestrzeni nazywa się dowolną powierzchnię danej fazy, tj. powierzchnię, w której we wszystkich punktach fala jest w jednakowej fazie. W ustalonym punkcie przestrzeni faza fali ciągle się zmienia (zależność od czasu), natomiast powierzchnia złożona z punktów o takiej samej fazie rozchodzi się w przestrzeni z prędkością zwaną prędkością fazową. Czołem fali nazywa się powierzchnię fazową oddzielającą obszar, do którego fala dotarła, od obszaru, w którym jeszcze jej nie ma.

W zależności od kształtu czoła fali wyróżnia się fale płaskie, walcowe i kuliste. Mają one czoła odpowiednio: w kształcie płaszczyzny, walca lub kuli i rozchodząc się nie zmieniają swego kształtu.

W zależności od kierunku drgań wyróżnia się fale podłużne, w których drgania odbywają się równolegle do kierunku rozchodzenia się fal, oraz fale poprzeczne, w których drgania zachodzą prostopadle do tego kierunku. Spośród fal poprzecznych wyróżnia się fale polaryzowane, o drganiach w pewien sposób uporządkowanych. Fale w sznurze można np. uzyskać kręcąc jednym jego końcem – wówczas sznur będzie tworzył obracającą się przestrzenną linię śrubową, lub też poruszając jednym jego końcem pionowo w dół i w górę – sznur, wraz z biegnącą po nim falą będzie wtedy pozostawał w płaszczyźnie pionowej. W tym drugim przypadku falę biegnącą po sznurze nazywa się falą spolaryzowaną liniowo, w pierwszym zaś – kołowo. Fale niespolaryzowane – drgające we wszystkich płaszczyznach i we wszystkich kierunkach, można w prosty sposób spolaryzować. W tym calu potrzebny jest materiał, zwany polaryzatorem, który blokuje drgania fal we wszystkich płaszczyznach z wyjątkiem jednej. Po przejściu przez polaryzator fale drgają tylko w jednej płaszczyźnie, np. w górę i w dół.