Fale w fizyce: definicja, typy i formuły. Fale W fizyce fale to zakłócenia, które rozchodzą się w przestrzeni bez przenoszenia materii, tylko energii.
Element, który powoduje falę, nazywa się źródłem; na przykład kamień wrzucony do rzeki wygeneruje okrągłe fale.
Wskaźnik
Fale w fizyce – rodzaje fal, które istnieją
Przykładami fal są między innymi: fale morskie, fale radiowe, dźwięk, światło, promieniowanie rentgenowskie, mikrofale.
Część fal w fizyce, która bada fale i ich właściwości, nazywa się falą.
charakterystyka fali
Do scharakteryzowania fal w fizyce posługujemy się następującymi wielkościami:
- Amplituda: odpowiada wysokości fali, oznaczonej odległością między punktem równowagi (spoczynkiem) fali a grzbietem. Zauważ, że „szczyt” wskazuje maksymalny punkt fali, a „dołek” reprezentuje punkt minimalny.
- Długość fali: Reprezentowana przez grecką literę lambda (λ), jest to odległość między dwiema dolinami lub dwoma kolejnymi grzbietami.
- Prędkość: reprezentowana przez literę (v), prędkość fali zależy od ośrodka, w którym się rozchodzi. Dlatego też, gdy fala zmienia swój ośrodek propagacji, jej prędkość może się zmienić.
- Częstotliwość: reprezentowana przez literę (f), w systemie międzynarodowym częstotliwość jest mierzona w hercach (Hz) i odpowiada liczbie oscylacji fali w danym przedziale czasu. Częstotliwość fali nie zależy od ośrodka propagacji, a jedynie od częstotliwości źródła, które wytworzyło falę.
- periodo: reprezentowany przez literę (T), okres odpowiada czasowi jednej długości fali. W systemie międzynarodowym jednostką miary okresu są sekundy.
rodzaje fal
Jeśli chodzi o naturę, istnieją dwa rodzaje fal:
- fale mechaniczne: Aby nastąpiła propagacja, fale mechaniczne wymagają materialnego ośrodka, na przykład fal dźwiękowych i fal na strunie.
- Fale elektromagnetyczne: W tym przypadku nie ma potrzeby stosowania nośnika materialnego do rozchodzenia się fali, na przykład fal radiowych i światła.
Klasyfikacja fal
Według kierunek propagacji fali, dzieli się na:
- fale jednowymiarowe: fale rozchodzące się w jednym kierunku.
Przykład: fale na sznurku. - fale dwuwymiarowe: fale rozchodzące się w dwóch kierunkach.
Przykład: fale rozchodzące się po powierzchni jeziora. - fale trójwymiarowe: fale rozchodzące się we wszystkich możliwych kierunkach.
Przykład: fale dźwiękowe.
Fale można również klasyfikować według kierunku drgań.:
- fale podłużne: Wibracje źródła są równoległe do przemieszczenia fali.
Przykład: fale dźwiękowe
- Fale poprzeczne: Wibracje są prostopadłe do propagacji fali.
Przykład: potrząśnij na sznurku.
Formuły
Związek między okresem a częstotliwością
Okres jest odwrotnością częstotliwości.
prędkość propagacji
Prędkość można również obliczyć jako funkcję częstotliwości, zastępując okres odwrotnością częstotliwości.
Przykład
Jaki jest okres i prędkość propagacji fali o częstotliwości 5 Hz i długości fali 0.2 m?
Jak okres jest odwrotnością częstotliwości.
Aby obliczyć prędkość, używamy długości fali i częstotliwości, w następujący sposób:
Zjawiska falowe
Odbicie
Fala, która rozchodzi się w danym ośrodku w momencie napotkania przeszkody, może zostać odbita, czyli odwrócić kierunek rozchodzenia się.
Po odbiciu długość fali, prędkość propagacji i długość fali nie zmieniają się.
Przykładem jest sytuacja, w której osoba krzyczy w dolinie i kilka sekund później słyszy echo swojego głosu.
Poprzez odbicie światła na wypolerowanej powierzchni możemy zobaczyć własny obraz.
Refrakcja
Refrakcja to zjawisko, które występuje, gdy fala zmienia ośrodek propagacji. W takim przypadku może nastąpić zmiana wartości prędkości i kierunku propagacji.
Fale na plaży załamują się równolegle do brzegu ze względu na zjawisko załamania. Zmiana głębokości wody (media propagacji) powoduje zmianę kierunku fal, czyniąc je równoległymi do brzegu.
Dyfrakcja
Fale omijają przeszkody. Kiedy tak się dzieje, powiedzieliśmy, że fala uległa dyfrakcji.
Dyfrakcja pozwala nam usłyszeć np. osobę stojącą po drugiej stronie ściany.
Mijając przeszkodę, fale się rozpraszają.
Ingerencja
Kiedy spotykają się dwie fale w fizyce, zachodzi interakcja między ich amplitudami zwana interferencją..
Zakłócenia mogą być konstruktywne (wzrost amplitudy) lub destrukcyjne (zmniejszona amplituda).
Stojące fale
Fale stojące powstają w wyniku nakładania się fal okresowych o równych i przeciwnych kierunkach..
Kiedy pojawia się konstruktywna i destrukcyjna ingerencja, przedstawiają punkty, które wibrują i inne, które nie wibrują.
Możemy wytworzyć fale stojące na strunie ze stałymi końcami, jak struny gitarowe.
Ćwiczenia wstępne na uniwersytet
1. (ENEM-2016)
Elektrokardiogram, test używany do oceny stanu serca pacjenta, jest zapisem aktywności elektrycznej serca przez pewien okres czasu. Przyjemna temperatura otoczenia. W tych warunkach tętno od 60 do 100 uderzeń na minutę jest uważane za normalne.
Na podstawie przedstawionego elektrokardiogramu stwierdzono, że częstość akcji serca pacjenta wynosi
a) Normalna.
b) powyżej idealnej wartości
c) Poniżej idealnej wartości
d) Blisko dolnej granicy
e) blisko górnej granicy
2. (ENEM-2013)
Podróżując samolotem pasażer musi wyłączyć wszystkie urządzenia, których działanie wiąże się z emisją lub odbiorem fal elektromagnetycznych. Procedura służy do eliminacji źródeł promieniowania, które mogą zakłócać łączność radiową pilotów z wieżą kontrolną.
Własnością emitowanych fal uzasadniającą przyjętą procedurę jest fakt, że
a) Mają przeciwne fazy
b) są słyszalne
c) Mają odwrotne intensywności
d) Są tej samej szerokości
e) mają bliskie częstotliwości
3. (ENEM-2013)
Częstym przejawem kibiców na stadionach piłkarskich jest meksykańska fala. Widzowie w jednej linii, bez ruchu i bez poruszania się na boki, stoją i siedzą, zsynchronizowani z tymi w sąsiedniej linii. Zbiorowy efekt rozprzestrzenia się po widzach na stadionie, tworząc postępującą falę, jak pokazano na ilustracji.
Szybkość propagacji tej "fali ludzkiej" szacowana jest na 45 km/h, a każdy okres oscylacji zawiera 16 osób, które stoją i siedzą w porządku iw odległości 80 cm od siebie.
W tej meksykańskiej fali częstotliwość fali w hercach jest wartością bliższą
a) 0.3
b) 0.5
c) 1.0
d) 1.9
e) 3.7