Вълните са разпространение на смущение в среда, която предава енергия от едно място на друго. Има много различни видове вълни, включително звукови вълни, повърхностни вълни, сеизмични вълни и електромагнитни и светлинни вълни.
Има два основни начина, по които средата се колебае по отношение на посоката на разпространение на вълната: напречно и надлъжно. Ето примери за двата вида вълни и физиката зад тях.
Напречни вълни
Напречното движение на вълната възниква, когато точки в средата трептене под прав ъгъл към посоката на движението на вълната. Ако вълна се движи отляво надясно, частиците на средата ще вибрират нагоре и надолу на мястото си.
Примери за напречни вълни включват вълни на струна или вълна, създадена от тълпата на стадиона на топка игра (където вълната се движи около стадиона, докато отделните хора просто се движат нагоре и надолу в своите места).
Електромагнитните вълни или светлинните вълни са напречно. Докато се разпространяват, електрическото и магнитното поле трептят перпендикулярно на посоката на движение. Електромагнитните вълни, за разлика от механичните вълни, които изискват среда, могат да се разпространяват във вакуума на пространството. Ето как Земята може да получава слънчева и звездна светлина от милиарди светлинни години.
Друг пример за напречна вълна е мембраната на барабан при удар; мембраната се движи нагоре и надолу, докато вълните се движат по нейната повърхност. Когато мембраната вибрира по този начин, тя създава звукови вълни, които се разпространяват във въздуха, които са по-скоро надлъжни, отколкото напречни.
Надлъжни вълни
Надлъжни вълни, наричани още вълни под налягане и вълни на компресия, осцилират успоредно на посоката на движение на вълната. Ако вълна се движи отляво надясно, изместването на средата също е отляво надясно, но колебае на място чрез компресиране и разтягане.
Когато звукът пътува през среда, като въздух, той причинява компресии (области с повишена плътност) и разреждания (области с намалена плътност) във въздуха, докато пътува. Различните видове звуци ще имат различни модели на компресии и разреждания.
Примерите за надлъжни вълни включват звукови вълни или вълните, които можете да създадете, като опънете прилепнал по пода и го избутате или издърпате по дължината му. Можете също да видите тези вълни във вода и други течности или в земята - но тези примери могат да имат и напречни вълни.
Водни вълни и земетресения
Водата и земята са среди, които изпитват и двете напречно и надлъжни вълни. Земетресенията имат и двата вида вълни, докато водните вълни имат специална комбинация от напречни и надлъжни, които се наричат повърхностни вълни.
В сеизмологията, изследвайки земетресенията, има два основни типа вълни: p-вълни и s-вълни. Р-вълните или първичните вълни са надлъжни, където земята се компресира и разтяга по посока на разпространението на вълната.
S-вълните или вторичните вълни са напречни, където земята се движи нагоре и надолу, докато вълната пътува. Първичните вълни са по-бързи от вторичните и затова често са първите, които се откриват при земетресение.
Във вода и други течности вълните са по-сложни. Водните частици на повърхността ще се движат нагоре и надолу с преминаването на вълната - напречно движение - но те също ще изпита компресия в горната част на вълната и разреждане в долната част - надлъжна движение. Всъщност, ако следвате една-единствена водна частица на повърхността, докато вълните се вълнит покрай нея, всъщност ще я видите как се движи в кръг! Те се наричат повърхностни вълни.
Далеч от повърхността, всички вълни в течността са надлъжни, тъй като обемните течности не са достатъчно твърди среди, за да предават енергията напречно. Насипните твърди вещества обаче могат да поддържат напречни вълни.