Ruch falowy jest wszędzie na Ziemi i we wszechświecie. Rodzaje fal obejmują fale dźwiękowe, fale wodne, fale na strunie i fale elektromagnetyczne, żeby wymienić tylko kilka.
Czym jest fala?
Z technicznego punktu widzenia fala jest zaburzeniem w ośrodku, które rozchodzi się z jednego miejsca do drugiego poprzez oscylacje (ruchy w przód iw tył) w tym ośrodku. Mówiąc prościej,jest to wibracja przenoszona przez materię przez czas i przestrzeń.
Ważną cechą fali jest to, żeprzekazuje energięale nie ma znaczenia. Fala zaczyna się od przyrostu energii gdzieś w ośrodku, na przykład dłonią pchającą po powierzchni stawu. Ponieważ każda cząsteczka materiału otrzymuje energię z tego początkowego popchnięcia – w tym przykładzie cząsteczki wody – uderza w cząsteczki obok niej, które uderzają w następne i tak dalej.
Nie wszystkie cząsteczki wody przeniosły się w nowe miejsca w stawie; przepychali się tylko w tę i z powrotem, tak jak ludzie stojący ramię w ramię w tłumie mogą rykoszetować w miejscu, gdy ktoś na krawędzi wpadnie na nich.
Fale występują w dwóch rodzajach:
Fale poprzecznesą tworzone przez materię, która oscyluje pod kątem prostym do kierunku ruchu energii. Na przykład ktoś pompujący koniec skakanki przymocowanej do ściany przesuwa kawałki medium ( ( liny) pionowo, podczas gdy energia przemieszcza się poziomo wzdłuż liny do ściany, aż cała lina zostanie w ruchu.
Fale podłużnesą tworzone przez materię, która oscyluje w tym samym kierunku, co energia, którą niesie. Wcześniejsze przykłady fal w sadzawce lub w tłumie, który został wzburzony na jednym końcu, są podłużne.
Podstawowe właściwości fal
Najbardziej podstawowe właściwości fal to długość fali, amplituda, częstotliwość i okres.
Jedendługość falidefiniuje się jako odległość między dowolnym punktem na falido dokładnie tego samego punktu na następnej fali.Na przykład, jedna długość fali może być mierzona od grzbietu lub szczytu fali w oceanie do grzbietu następnej fali. Długość fali jest oznaczona małą grecką literą lambda (λ) i wykorzystuje jednostkę długości SI, metry (m).
amplitudafali,ZA, jest miarą maksymalnego przemieszczenia jakiejkolwiek materii w ośrodku od stanu równowagi (lub pozycji spoczynkowej). Tak więc dla fali w kształcie krzywej sinusoidalnej poruszającej się w górę i w dół wokół osi x, amplituda mataka sama wielkość jak najwyższa lub najniższa pozycja. Jako miarę przemieszczenia mierzy się również amplitudę w metrach (m).
częstotliwośćfali,fa, jest miarą tego, ile fal mija lub ile oscylacji występuje w ciągu jednej sekundy. Jednostką częstotliwości w układzie SI jest herc (Hz). Na przykład, dziecko na huśtawce oscyluje tam iz powrotem wokół pozycji spoczynkowej huśtawki, wykonując jedną pełną podróż tam i z powrotem co trzy sekundy. To znaczy, że przechodzijedna trzecia pełnej fali (oscylacja) co sekundę, więc jej częstotliwość wynosiłaby 1/3 Hz.
Kropkafali,T, jest odwrotnością częstotliwości; zamiast liczby fal na sekundę mierzy czas wystąpienia jednej pełnej fali lub oscylacji. W ten sposób jest mierzony w jednostce czasu SI, sekundach (s). Dla tego samego dziecka na huśtawce okres jej falowania wynosi trzy sekundy. (Zauważ, że trzy to odwrotność jednej trzeciej.)
Prędkość fali
Prędkość fali (v) to szybkość, z jaką zakłócenie przemieszcza się z jednego miejsca do drugiego. Fala porusza się z prędkością (w metrach na sekundę, m/s) równą iloczynowi częstotliwości i długości fali. Równanie falowe ma zatem postać:
v=\lambda f