A hullámok egy zavar terjedése egy közegben, amely energiát továbbít egyik helyről a másikra. Sokféle hullám létezik, köztük hanghullámok, felszíni hullámok, szeizmikus hullámok, valamint elektromágneses és fényhullámok.
A közeg két fő módon oszcillál a hullám terjedésének iránya szempontjából: keresztben és hosszában. Itt vannak példák mindkét hullámtípusra és a mögöttük álló fizikára.
Keresztirányú hullámok
A keresztirányú hullámmozgás akkor történik, amikor a közeg pontjai vannak derékszögben ingadoznak a hullám haladási irányához. Ha egy hullám balról jobbra halad, a közeg részecskéi felfelé és lefelé rezegnek a helyükön.
A keresztirányú hullámok közé tartoznak a húros hullámok, vagy a stadion tömegének a labdánál létrehozott hullámai játék (ahol a hullám a stadion körül mozog, míg az egyes emberek egyszerűen fel-le mozognak a játékukban ülések).
Az elektromágneses vagy fényhullámok átlós. Terjedésük során az elektromos és mágneses mezők a mozgás irányára merőlegesen oszcillálnak. Az elektromágneses hullámok, ellentétben a közeget igénylő mechanikus hullámokkal, a tér vákuumában terjedhetnek. Így fogadhatja a Föld napfényt és csillagfényt fényév milliárdoktól.
Egy másik keresztirányú hullám példa a dob membránja ütéskor; a membrán felfelé és lefelé mozog, amikor a hullámok a felszínén haladnak. Amikor a membrán így rezeg, a levegőben terjedő hanghullámokat hoz létre, amelyek inkább hosszirányúak, mint keresztirányúak.
Hosszú hullámok
Hosszirányú hullámok, más néven nyomáshullámok és nyomóhullámok, a hullám mozgásának irányával párhuzamosan ingadoznak. Ha egy hullám balról jobbra halad, akkor a közeg elmozdulása szintén balról jobbra, de összenyomódással és nyújtással a helyén leng.
Ha egy hang egy közegen, például levegőn keresztül halad, kompressziókat (megnövekedett sűrűségű régiókat) és ritkaságokat (csökkent sűrűségű régiókat) okoz a levegőben, miközben utazik. Különböző típusú hangok különböző tömörítési és ritkaságmintákkal rendelkeznek.
A hosszirányú hullámok közé tartoznak a hanghullámok, vagy azok a hullámok, amelyeket akkor hozhat létre, ha a padló mentén feszítőt nyújt, és annak hosszában nyomja vagy húzza. Ezeket a hullámokat vízben és más folyadékokban vagy a földön is láthatja - de ezek a példák keresztirányú hullámokkal is rendelkezhetnek.
Vízhullámok és földrengések
A víz és a föld olyan közegek, amelyek megtapasztalják mindkét átlós és hosszanti hullámok. A földrengéseknek mindkét hullámtípusuk van, míg a vízhullámoknak speciális keresztirányú és hosszanti kombinációja van, amelyeket felszíni hullámoknak nevezünk.
A szeizmológiában, a földrengések tanulmányozásában két fő hullámtípus létezik: p-hullám és s-hullám. A P-hullámok vagy primer hullámok hosszirányúak, ahol a föld összenyomódik és a hullám terjedésének irányába nyúlik.
Az S-hullámok vagy másodlagos hullámok keresztirányúak, ahol a föld felfelé és lefelé mozog, miközben a hullám halad. Az elsődleges hullámok gyorsabbak, mint a másodlagos hullámok, ezért gyakran elsőként fedezik fel őket egy földrengésben.
Vízben és más folyadékokban a hullámok bonyolultabbak. A felszínen lévő vízrészecskék felfelé és lefelé mozognak, amikor egy hullám elmúlik - keresztirányú mozgás -, de azok a hullám tetején összenyomódást és alul - hosszirányban - ritkaságot tapasztal mozgás. Valójában, ha egyetlen vízrészecskét követ a felszínen, miközben a hullámok hullámzanak mellette, akkor valójában látni fogja, hogy körben mozog! Ezeket felszíni hullámoknak nevezzük.
A felszíntől távol minden folyadék hulláma hosszirányú, mivel az ömlesztett folyadékok nem elég merev közegek az energia keresztirányú továbbításához. Az ömlesztett szilárd anyagok azonban képesek keresztirányú hullámokat fenntartani.