Jakie są obszary kompresji i rozrzedzenia w falach?

Fale mogą przybierać dwie podstawowe formy: poprzeczną lub ruch w górę iw dół oraz wzdłużną lub ściskanie materiału. Fale poprzeczne są jak fale oceanu lub wibracje w strunie fortepianu: możesz łatwo zobaczyć ich ruch. Dla porównania, fale kompresji są niewidocznymi, naprzemiennymi warstwami skompresowanych i rozrzedzonych cząsteczek. W ten sposób rozchodzą się fale dźwiękowe i uderzeniowe.

Fale kompresyjne mogą przemieszczać się tylko przez jakiś rodzaj medium materialnego, takiego jak powietrze, woda lub stal. Próżnia nie może przenosić fal kompresji, ponieważ nie ma substancji do przewodzenia energii. Ich zależność od medium oznacza, że ​​są to fale mechaniczne, a medium determinuje ich prędkość ruchu. Na przykład prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 346 metrów na sekundę. Gęsty materiał, taki jak stal, przewodzi dźwięk z prędkością 6100 metrów na sekundę.

Gdybyś mógł zobaczyć falę ściskającą poruszającą się w powietrzu, zobaczyłbyś obszar cząsteczek skompresowanych w kierunku, z którego biegła fala. Cząsteczki stają się coraz bardziej rozrzedzone po maksymalnym punkcie kompresji, aż zobaczysz obszar o najniższym ciśnieniu z najmniejszą liczbą cząsteczek powietrza. Po tym punkcie powietrze staje się coraz gęstsze, aż ponownie osiągniesz maksymalną kompresję. Odległość między punktami maksymalnej kompresji lub rozrzedzenia wynosi jedną długość fali. Wraz ze wzrostem częstotliwości fali jej długość się skraca.

Dwie lub więcej fal, które przecinają ten sam punkt w ośrodku, kolidują ze sobą. Możesz to zobaczyć, jeśli wrzucisz dwa kamienie do spokojnego stawu; zmarszczki rozchodzą się i nakładają na siebie. To samo dzieje się z falami kompresji. Jeśli punkt kompresji spotyka się z rozrzedzonym punktem, oba znoszą się nawzajem. Jeśli dwa punkty ściskania spotykają się, wzmacniają się nawzajem, tworząc punkt o dwukrotnie większym nacisku.

Strumień poruszający się w powietrzu z prędkością większą niż prędkość dźwięku powoduje grzmot dźwiękowy. Gdy odrzutowiec porusza się do przodu, cząsteczki powietrza gromadzą się przed nim, jak śnieg przed pługiem. Skompresowane i rozrzedzone warstwy powietrza nie wychodzą prosto ze źródła, jak to ma miejsce w przypadku dźwięku. Fala uderzeniowa tworzy wzór w kształcie stożka z końcówką tuż przed płaszczyzną, a fale kompresji rozchodzą się za nią coraz większymi kręgami.