The vlnové jevy odehrávají se, když se vlny šíří v médiu a setkávají se s jinými vlnami, se změnami média, hranicemi, mezerami a překážkami obecně. To způsobí změny tvaru vln a jejich pohybu..
Vlny nesou energii, ne hmotu. Podíváme-li se pozorně, když je kámen hozen do rybníka, ve vodě se šíří porucha, protože molekuly kapaliny se krátce pohybují ze své rovnovážné polohy a vrátí se do ní, jakmile porucha ustoupí..
Vzhledem k tomu, že nedochází k žádnému transportu hmoty, můžeme očekávat, že se vlny budou chovat jinak, než by se objekty vzájemně ovlivňovaly..
Vlnám se podaří projít různými médii a dokonce obsadit stejný prostor současně, něco, co částice s hmotou nedokážou, alespoň na makroskopické úrovni (elektrony mají hmotnost a mohou zažít vlnové jevy).
Mezi hlavní vlnové jevy, které můžeme v přírodě pozorovat, patří odraz, lom, interference a difrakce..
Světlo i zvuk, tak cenné pro smysly, se chovají jako vlny a zažívají všechny tyto jevy, v rámci rozdílů existujících v jejich povaze..
Například světlo nepotřebuje k šíření hmotné médium, zatímco zvuk ano. Kromě toho je světlo příčná vlna (rušení je kolmé ke směru, ve kterém se vlna pohybuje), zatímco zvuk je podélná vlna (rušení a posun jsou paralelní)..
Rejstřík článků
Navzdory odlišné povaze mají všechny vlny společné následující vlnové jevy:
Když vlny cestují, někdy se setkávají s hranicemi, které oddělují jedno médium od druhého, například pulz procházející řetězcem pevně spojeným s jedním koncem..
Jakmile puls dosáhne konce řetězce, vrátí se do značné míry, ale bude to obrácené. Poté se říká, že puls prochází odrazem, to znamená, že se odráží na hranici mezi strunou a podporou..
Inverze pulzu je způsobena reakcí vyvíjenou podporou na struně, která má podle zákona akce a reakce stejný směr a velikost, ale opačný směr. Z tohoto důvodu je puls při cestě zpět obrácen.
Další možností je, že lano má na připojeném konci určitou volnost, například je přivázáno k prstenu, který se může klouzat po tyči. Pulz odeslaný řetězcem se tedy nevrací obráceně.
Obecně řečeno, když se vlna šíří a dosáhne hranice oddělující dvě různá média, prochází změnou směru. Vlna, která přijde, je známá jako dopadající vlna, ta, která se vrací, je odražená vlna a pokud je část přenášena na druhé médium, je známá jako lomená vlna..
Zvuk je vlna, takže při mluvení v prázdné místnosti zažijete odraz. Světlo je také vlna a můžeme ji vidět odrážet se v zrcadle, na klidné hladině rybníka nebo v okně mrakodrapu na obrázku 1.
Frakce lomu nastává, když vlna přechází z jednoho média do druhého, například ze vzduchu do vody. Část vlny se přenáší na druhé médium: lomená vlna (viz obrázek 2).
Při pokusu o uchopení ponořeného předmětu na dně fontány nebo kbelíku je velmi pravděpodobné, že k němu nedosáhnete, i když je ruka namířena na místo, kde je předmět. A to proto, že světelné paprsky změnily směr, když procházely ze vzduchu do vody, to znamená, že podstoupily lom světla..
Rychlost, s jakou se vlny pohybují, se navíc liší podle média. Ve vakuu se světelné vlny pohybují konstantní rychlostí c = 300 000 km / s, ale ve vodě rychlost klesá na (3/4) c a ve skle ještě více: a (2/3) c.
Rychlost světla v médiu závisí na jeho indexu lomu, definovaném jako poměr mezi c a rychlostí v, kterou má světlo v médiu:
n = c / v
Tento jev je analogický s autíčkem, které se valí po tvrdé, vysoce leštěné keramické nebo dřevěné podlaze a najednou se valí po koberci. Nejen, že mění směr, ale také zpomaluje.
Pokud se vlna setká s jiným médiem, může se stát, že veškerá energie, kterou nese, se vzdá a její amplituda se stane nulovou. Poté se říká, že vlna byla absorbována.
Dva objekty nesdílejí svůj prostor, nicméně dvě nebo více vln nemá problém být ve stejném bodě ve vesmíru současně. Toto chování je pro ně exkluzivní.
Stává se to pokaždé, když jsou dva kameny současně hozeny do vody, jsou vytvořeny nezávislé vlnové vzory, které se mohou překrývat a dávat výslednou vlnu.
Amplituda výsledné vlny může být větší nebo menší než u interferujících vln, nebo se mohou navzájem jednoduše rušit. V nich princip superpozice.
U vln princip superpozice uvádí, že výsledná vlna se rovná algebraickému součtu posunů interferujících vln (mohou být více než dvě).
Pokud jsou vlny ve fázi, což znamená, že jejich údolí a hřebeny jsou vyrovnány, vznikne vlna s dvojnásobnou amplitudou. Toto je známé jako konstruktivní interference.
Naproti tomu, když vrchol jedné vlny překrývá údolí druhé, působí proti sobě navzájem a amplituda výsledné vlny klesá nebo se stává nulovou. Tento efekt se nazývá ničivé rušení.
Po interakci vlny pokračují v cestě, jako by se nic nestalo.
Tento jev je typický pro vlny; v něm je vlna vychýlena a zkreslena, když narazí na překážku v cestě vlny nebo na mezeru uprostřed. Účinek je významný, pokud je velikost překážky srovnatelná s velikostí vlnové délky.
Vlny se účastní principu Huygens, který uvádí, že každý bod ve středu se chová postupně jako ohnisko, které vydává vlny. Protože médium má nekonečný počet bodů, jejich superpozice dává vlnovou frontu.
Když dosáhne otvoru velikosti vlnové délky, ohniska na vlnoploše se dokážou vzájemně ovlivňovat a narušovat vlnění..
Difrakci zvuku lze snadno ocenit, protože jeho vlnová délka je srovnatelná s vlnovou délkou objektů, které nás obklopují, na druhou stranu je vlnová délka světla mnohem nižší a v důsledku toho vyžaduje difrakce velmi malé překážky..
Na následujícím obrázku máme ploché vlnoplochy, které se pohybují svisle dolů, aby se setkaly s otvorem ve zdi.
Vlevo je délka dopadající vlny mnohem menší než velikost otvoru a vlna se téměř nedeformuje. Naproti tomu na obrázku vpravo má vlnová délka velikost srovnatelnou s velikostí otvoru a při jejím vynořování jsou vlnové křivky znatelně větší.
-Poslech hudby a konverzace v jiné místnosti jsou způsobeny difrakcí zvuku, když narazí na otvory, jako jsou dveře a okna. Nízké frekvence jsou v tomto ohledu lepší než vysoké frekvence, což je důvod, proč vzdálený hrom duní mnohem hlasitěji než nedaleký hrom, který je vnímán spíše jako krátké rozmachy.
-Mirage jsou způsobeny částmi vzduchu, které mají různé indexy lomu, v důsledku nerovnoměrné hustoty.
Díky tomu se obloha a vzdálené objekty zdají odrážet od neexistujícího kapalného povrchu v poušti nebo na horké dálnici. Tento účinek vytváří následné lomy světla v nerovných vrstvách atmosféry.
-Není možné vidět objekty menší než vlnová délka světla, kterým jsou osvětleny. Například viry jsou menší než viditelné vlnové délky, takže je nelze vidět běžným mikroskopem..
-Lom nám umožňuje vidět Slunce krátce před tím, než vyjde (nebo zapadne). V té době sluneční paprsky šikmo ovlivňují atmosféru a změna prostředí je zodpovědná za jejich ohýbání a vychylování..
Proto můžeme vidět královskou hvězdu dříve, než je skutečně nad obzorem, nebo ji nadále vidět těsně nad obzorem, když ve skutečnosti již prošla pod.
Zatím žádné komentáře