נוסחת גל - הגדרה, משוואות, מאפיינים, מאפיינים, סוגים, תסמינים ושאלות לדוגמה
בעידן המודרני הזה, הטכנולוגיה הפכה חשובה. הטכנולוגיה יכולה להקל על העבודה ולקצר מרחקים בפועל של אלפי קילומטרים, למשל באמצעות הטלפון. אחד הדברים החשובים שתומכים בקיומה של טכנולוגיה הוא האמצעים, למשל אנרגיה או גלים כמדיום.
פריטים אלקטרוניים רבים מנצלים את התכונות של גלים, למשל אופי הגלים שיכולים להתפשט בני אדם משתמשים בוואקום כדי ליצור נורות שבהן החלל בתוך הנורה הוא חלל ריק.
ישנם מכשירים אלקטרוניים רבים סביבנו שהטכנולוגיה שלהם משתמשת בגלים, אך רובנו לא לגמרי מכירים ומבינים אותם. ונדון בשימוש בגלים ובגלי קול בחיי היומיום באופן ספציפי יותר בפרק הבא.
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: גל אלקטרומגנטי
הבנת גלים
גַל הוא רטט מתפשט, בהתפשטותו הגל נושא אנרגיה. במילים אחרות, גלים הם רעידות שמתפשטות והרעידות עצמן הן מקור הגלים. אז גלים הם רעידות שמתפשטות וגלים נעים יתפשטו אֵנֶרְגִיָה (כּוֹחַ). גלים יכולים להתפרש גם כצורה של רטט המתפשט במדיום.
בגלים, הגל הוא שמתפשט, לא תווך הביניים. ניתן לראות את אורכו של גל אחד על ידי חישוב המרחק בין עמקים לגבעות (גלים רוחביים) או חישוב המרחק בין צפיפות אחת לפער אחד (גלי אורך). מהירות התפשטות הגל היא המרחק שעבר הגל בשנייה אחת.
משוואת גלים
מֵידָע:
A = משרעת
k = מספר גל (קבוע גל)
ω = מהירות זוויתית
y = סטיית גל (m)
v = מהירות התפשטות הגל (m/s)
a = תאוצת גל (m/s²)
נוסחת גל
קביעת תדירות, תקופה ואורך גל
שבירת גלים
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: הבנת טלסקופ
מאפייני גל
להלן מספר מאפיינים של גלים, המורכבים מ:
- יכול להיות השתקפות או שיקוף
אתה מכיר את אירוע השתקפות הגל הזה בעת לימוד אופטיקה גיאומטרית. בכיתה x, במקרה זה חל חוק ההשתקפות לפי סנליוס. - ניתן לשבור (שבירה)
שבירה יכולה להתרחש כאשר גלים עוברים דרך שני אמצעים שונים. - ניתן להגמיש (דיפרקציה)
עקיפה (כיפוף) מתרחשת כאשר גלים עוברים דרך פער צר. - ניתן לשלב או לשלב (הפרעה)
הפרעות גל מתרחשות כאשר שני גלים מתאחדים (משלבים) כדי לייצר דפוס הפרעה מקסימלי ומינימלי. - ניתן לקיטוב (קיטוב)
קיטוב הוא האירוע שבו חלק או כל כיוון תנודות הגל נבלע. אירוע קיטוב זה מתרחש רק בגלים רוחביים. - ניתן לפרק (פיזור)
למה השמיים כחולים?? הסיבה לכך היא שאור השמש חווה תסמיני פיזור. אור השמש שאתה רואה הוא לבן, אך למעשה הוא מורכב מקרני אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול, אינדיגו וסגול. זה קורה כאשר השמיים נראים כחולים כאשר אתה מסתכל על לוח לבן, כלומר כל פיגמנטים הצבע משתקפים לתוך העיניים שלנו.
מאפייני גל
להלן מספר מאפיינים של גלים, המורכבים מ:
1. מאפיינים של גלי קול
- גלי קול דורשים מדיום כדי להתפשט
מכיוון שגלי קול הם גלים מכניים, צליל דורש מדיום כדי להתפשט. ניתן להוכיח זאת כאשר שני אסטרונאוטים נמצאים רחוק מכדור הארץ והאטמוספירה במטוס ריקה אוויר, האסטרונאוט אינו יכול לנהל שיחה ישירה אלא משתמש בכלי תקשורת כגון טֵלֵפוֹן. למרות ששני האסטרונאוטים היו באותו מטוס. היכולת של חלקיקים בינוניים לרטוט משתנה, ישנם אפילו מדיומים שיכולים להרגיע את הקול, למשל מים. - גלי קול חווים השתקפות (השתקפות)
אחת התכונות של גלים היא שהם מוחזרים ולכן גם גלי קול יכולים לחוות זאת חוק החזרת הגלים: זווית נפילה = זווית השתקפות חל גם על גלי קול. ניתן להוכיח שהשתקפות הקול בחלל סגור עלולה לגרום להדים. כלומר, חלק מהצליל המשתקף עולה בקנה אחד עם הצליל המקורי כך שהצליל המקורי נשמע לא ברור. למנוע הדים בבתי קולנוע, אולפנים, רדיו, טלוויזיה ואולמות קונצרטים מוזיקה, הקירות מכוסים בחומר הולם קול אשר עשוי בדרך כלל מצמר, כותנה, זכוכית, גומי או ברזל. - שבירה של גלי קול (שבירה)
אחת התכונות של גלים היא שהם עוברים שבירה. אירועי שבירה בחיי היומיום, למשל, בלילה קול הרעם חזק יותר מאשר ביום. הסיבה לכך היא שבמהלך היום האוויר בשכבות העליונות קריר יותר מאשר בשכבות התחתונות. מכיוון שמהירות הקול בטמפרטורות קרות קטנה יותר מאשר בטמפרטורות חמות, מהירות הקול בשכבות אוויר השכבה העליונה קטנה יותר מהשכבה התחתונה, מה שגורם לכך שמדיום השכבה העליונה צפוף יותר ממדיום השכבה נמוך יותר. ההיפך קורה בלילה. כך שבמהלך היום מתפשט קול הברק משכבת האוויר העליונה לשכבת האוויר התחתונה. אם הצליל הנכנס עובר אנכית כלפי מטה, בלילה, כיוון התפשטות הקול מוטה קרוב יותר לקו הרגיל. עדיף שבמהלך היום ישבר כיוון התפשטות הקול הרחק מהקו הרגיל. בהתאם לחוק שבירת הגלים, גלים המגיעים מתווך פחות צפוף למדיום צפוף יותר ישברו קרוב יותר לקו הנורמלי או להיפך. - כיפוף חוויה של גלי קול (דיפרקציה)
גלי קול חווים עקיפה בקלות רבה מכיוון שלגלי קול באוויר יש אורכי גל בטווח של סנטימטרים עד כמה מטרים. עקיפה היא כיפוף של גלים כאשר הם עוברים דרך פער, גודל הפער הוא בסדר גודל של אורך הגל. כפי שאנו יודעים, גלים ארוכים יותר מתעקמים בקלות רבה יותר. אירועי עקיפה מתרחשים, למשל, כאשר אנו יכולים לשמוע קול של מנוע מכונית בעיקול כביש למרות שלא ראינו את המכונית מכיוון שהיא חסומה על ידי בניין גבוה בקצה העיקול. - שילוב חווית גלי קול (הפרעה)
גלי קול חווים סימפטומים של שילוב גלים או הפרעות שניתן לחלק לשניים, כלומר הפרעות בנייה או חיזוק קול והפרעות הרסניות או היחלשות קול. לדוגמה, כאשר אנו נמצאים בין שני רמקולים בעלי אותו תדר ומשרעת זהה או כמעט זהה, אנו נשמע צלילים חזקים וחלשים לסירוגין. - גלי קול חווית הפצת קול
ההפרעה הנגרמת על ידי שני גלי קול יכולה לגרום לאירועי התפשטות קול, כלומר חיזוק והחלשת קול. זה מתרחש עקב סופרפוזיציה של שני גלים בעלי תדרים מעט שונים ומתפשטים באותו כיוון. אם שני גלי הקול מתפשטים בו זמנית, הם יפיקו את הצליל החזק ביותר כאשר שני השלבים זהים. אם שתי הרעידות נמצאות בפאזה הפוכה, יופק הצליל החלש ביותר.
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: הגדרה של "עוצמה" ו(יישום של גלי קול)
2. מאפיינים של גלי אור
- גלי אור חווים הפרעות
גלי אור, כמו גלי קול, יכולים להפריע. כדי להשיג הפרעות אור, יש צורך במקור אור קוהרנטי, כלומר מקור אור בעל אותו תדר והפרש פאזה קבוע. ניתן לראות מקורות אור קוהרנטיים מניסויים שבוצעו על ידי יאנג ופרזנל. הפרעות אור יכולות לייצר דפוסי אור כהים. תבניות כהות נובעות מהפרעות הרסניות (המחישות זו את זו) עקב מיזוג של שני גלים בעלי פאזות מנוגדות. התבנית הבהירה נובעת מהפרעות בנייה (חיזוק הדדי) עקב השילוב של שני גלים בעלי אותו שלב. - גלי אור חווים דיפרקציה
עקיפה של גל היא תהליך של כיפוף גל הנגרם על ידי נוכחות של מחסום בצורה של רווח או מחסום פינתי החוסם חלק מחזית הגל. עקיפה אור מתרחשת גם בחרכים צרים נפרדים מקבילים זה לזה באותו מרחק. ככל שהפער צר יותר נקרא סורג דיפרקציה, כך יש יותר פערים בסורג. ככל שדפוס העקיפה המופק על המסך חד יותר. דיפרפרקציה מרבית מתרחשת כאשר מופיעים קווים בהירים על המסך. תבנית הדיפרקציה שנוצרה גם על ידי חריץ עגול מורכבת מצורה בהירה מרכזית המוקפת בטבעות בהירות וכהות. - גלי אור חווים קיטוב
קיטוב הוא תהליך של סינון כיוון הרטט של גל. כלי זה לסינון כיוון הרטט נקרא פולארויד. דוגמה אחת היא קריסטלים. קיטוב נמצא גם בהשתקפות ובשבירה ובשבירה כפולה. בליעה והחזרה של אור על ידי חלקיקים נקראת פיזור. אם אור לא מקוטב נכנס למדיום (גז) האור המפוזר יכול להיות מקוטב חלקי או מלא. כיוון הקיטוב הוא כזה שהוא מאונך למישור שנוצר על ידי קו האור הנכנס וקו הראייה.
3. מאפיינים של גלים אלקטרומגנטיים
- שינויים בשדה החשמלי ובשדה המגנטי מתרחשים בו זמנית.
- כיווני השדה החשמלי והשדה המגנטי מאונכים זה לזה.
- חוזק השדה החשמלי והמגנטי עומדים ביחס ישר זה לזה, כלומר לפי הקשר E = c. ב.
- כיוון ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים הוא תמיד בניצב לכיוון השדה החשמלי והשדה המגנטי.
- גלים אלקטרומגנטיים יכולים להתפשט בוואקום.
- גלים אלקטרומגנטיים מתפשטים בקצב התלוי רק בתכונות החשמליות והמגנטיות של המדיום.
- מהירות ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים בוואקום היא קבועה כללית וערכה = 3 x 108 מ'/שניה.
- גלים אלקטרומגנטיים הם גלים רוחביים.
- גלים אלקטרומגנטיים יכולים לחוות תהליכים של השתקפות, שבירה, קיטוב, הפרעות ודיפרקציה (כיפוף).
סוגי גלים
להלן מספר סוגי גלים, המורכבים מ:
1. מבוסס על המדיום
- גלים מכניים, הוא גל אשר בהתפשטותו דורש מדיום, המתעל אנרגיה לתהליך ההתפשטות של גל. צליל הוא דוגמה לגל מכני המתפשט באמצעות שינויים בלחץ האוויר בחלל (צפיפות מולקולות האוויר).
- גל אלקטרומגנטי, כלומר גלים שיכולים להתפשט גם אם אין מדיום. אנרגיה אלקטרומגנטית מתפשטת בגלים בעלי מספר מאפיינים שניתן למדוד, כלומר: אורך גל, תדירות, משרעת ומהירות.
המקורות של גלים אלקטרוניים הם כדלקמן:
- תנודות חשמליות
- אור השמש מייצר קרני אינפרא אדום
- מנורות כספית המייצרות אולטרה סגול
- ירי של אלקטרונים בצינור ואקום על שבב מתכת מייצר קרני רנטגן (המשמשים לקרני רנטגן) וגרעינים אטומים לא יציבים מייצרים קרני גמא.
דוגמאות לגלים אלקטרוניים בחיי היומיום הן כדלקמן:
- גל רדיו
- מיקרוגלים
- קרני אינפרא אדום
- אור אולטרה סגול
- אור נראה
- צילומי רנטגן ו
- קרני גמא
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: "גלי קול אולטרא-קוליים" מגבילים את השמיעה האנושית ו(היתרונות של השתקפות בחיי היומיום)
2. מבוסס על כיוון התפשטות ורטט
מכיל:
- גלים רוחביים
כלומר גלים שכיוון ההתפשטות שלהם מאונך לכיוון הרטט. דוגמה לגל רוחבי הוא גל מיתר. כאשר אנו מזיזים את החבל למעלה ולמטה, נראה שהחבל נע למעלה ולמטה בכיוון הניצב לכיוון תנועת הגל.
הנקודה הגבוהה ביותר של הגל נקראת שִׂיא בעוד הנקודה הנמוכה ביותר נקראתעֶמֶק. אמפליטודה הוא הגובה המרבי של פסגה או עומק מקסימלי של עמק, הנמדד ממיקום שיווי המשקל. המרחק משתי נקודות שוות ורצופות על גל שנקרא אורך גל(נקרא למבדה - אות יוונית). ניתן לחשוב על אורך גל כמרחק מפסגה לשיא או מרחק מעמק לעמק.
- גלים אורכיים
כלומר גלים שכיוון ההתפשטות שלהם מקביל לכיוון הרטט (לדוגמה גלים מתכלים). הגלים המתרחשים בסלינקי הרוטט נמצאים באותו כיוון לאורכו של הסלינקי בצורה של צפיפות ומתח. המרחק בין שתי צפיפויות סמוכות או שני זנים סמוכים נקרא גל אחד.
סדרה פְּגִישָׁה ו מתח מתפשט לאורך המעיין. פְּגִישָׁה הוא האזור שבו מתקרבים סלילי הקפיץ זה לזה, ואילו מתח הוא האזור שבו סלילי הקפיץ פונים זה מזה. אם לגלים רוחביים יש תבנית של פסגות ועמקים, אז גלים אורכיים מורכבים מתבנית של צפיפות ומתח. אורך גל הוא המרחק בין צפיפויות עוקבות או זנים עוקבים. הכוונה כאן היא המרחק משתי נקודות זהות ורצופות של צפיפות או מתח.
תסמיני גל
להלן מספר תסמיני גל, המורכבים מ:
- הִשׁתַקְפוּת
באירועים השתקפות גל חוק השתקפות הגל יחול, כלומר זווית ההשתקפות זהה לזווית הפגיעה. המשמעות היא שכאשר אלומת הגל הנכנסת יוצרת זווית θ עם הקו הנורמלי (קו מאונך למשטח המשקף), אז הקרן המוחזרת תיצור זווית θ עם הקו הנורמלי.
- שבירת גלים
שבירת גל (שבירה) הוא הסטת הכיוון של חזית גל כאשר הוא נכנס ממדיום אחד למשנהו. לפעמים שבירה והשתקפות מתרחשות בו זמנית. כאשר גלים נכנסים פוגעים במדיום אחר, חלק מהגלים ישתקפו ואחרים ישודרו או ישברו. שבירה מתרחשת מכיוון שלגלים יש מהירויות שונות במדיות שונות.
- הַפרָעָה
הפרעות גל הוא היתוך או סופרפוזיציה של גלים כאשר שני גלים או יותר מגיעים לאותו מקום באותו זמן. הפרעה של שני גלים יכולה לייצר גלים שהמשרעות שלהם מחזקות זו את זו (הפרעות מקסימום) ויכול גם לייצר גלים שהמשרעות שלהם מחלישות זו את זו (הפרעות מִינִימוּם).
- עקיפה של גל
עקיפה של גל הוא אירוע של כיפוף גל כאשר הוא עובר דרך רווח או מחסום צר.
באותו מדיום, גלים מתפשטים בקו ישר. לכן, גלים ישרים יתפשטו בכל המדיום גם בצורה של גלים ישרים. זה לא חל אם המדיום מקבל מחסום או מכשול בצורה של פער. עבור גודל הפער הנכון, הגל הנכנס יכול להתכופף לאחר שהוא עובר דרך הפער. כיפוף גל שנגרם על ידי נוכחות של מחסום בצורה של פער נקרא עקיפה של גל.
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: "סטגנוגרפיה" הגדרה & (עקרונות - קריטריונים - היבטים - סוגים)
אם מחסום הפער ניתן על ידי רוחב, אז עקיפה לא נראית כל כך בבירור. חזית הגלים העוברת דרך הפער מתכופפת רק בקצה הפער, כפי שמוצג באיור 9 להלן. אם מחסום הפער הוא צר, כלומר, הגודל קרוב לסדר אורך גל, אז עקיף הגל ברור מאוד.
דוגמאות ליישום של גלים וגלי קול בחיי היומיום
להלן מספר דוגמאות ליישום של גלים וגלי קול בחיי היומיום, המורכבות מ:
- רָדִיוֹ
אנרגיית רדיו היא הצורה הנמוכה ביותר של אנרגיה אלקטרומגנטית, עם אורכי גל הנעים בין אלפי קילומטרים לפחות ממטר אחד. השימושים הנפוצים ביותר הם תקשורת, לחקר חלל ומערכות מכ"ם. מכ"ם שימושי ללימוד דפוסי מזג אוויר, סופות, יצירת מפות תלת-ממדיות של פני כדור הארץ, מדידת גשמים, תנועת קרח באזורי קוטב וניטור הסביבה. אורך הגל של המכ"ם נע בין 0.8-100 ס"מ.
- מיקרוגל
אורך הגל של קרינת המיקרוגל נע בין 0.3 - 300 ס"מ. השימוש בו הוא בעיקר בתחומי תקשורת ושליחת מידע דרך שטחים פתוחים, בישול ומערכות PJ אקטיביות. במערכת PJ פעילה, פולסים של מיקרוגל נורים לעבר מטרה והשתקפויות נמדדות כדי ללמוד את מאפייני המטרה. יישום לדוגמה הוא ה-TMI (TMI), המודד קרינת מיקרוגל של משימת מדידת הגשם הטרופית (TRMM) הנפלט מהספקטרום האלקטרומגנטי אנרגיה אלקטרומגנטית של האטמוספירה של כדור הארץ למדידת אידוי, תכולת מים בעננים ועוצמה גֶשֶׁם.
- אינפרא אדום
ניתן לאבחן מצבים בריאותיים על ידי חקירת פליטות אינפרא אדום מהגוף. תמונות אינפרא אדום מיוחדות הנקראות תרמוגרמות משמשות לאיתור בעיות בזרימת הדם, דלקות פרקים וסרטן. ניתן להשתמש בקרינה אינפרא אדומה גם באזעקות פריצה. גנב ללא ידיעתו יחסום את האור ויסתיר את האזעקה. השלט רחוק מתקשר עם הטלוויזיה באמצעות קרינת אינפרא אדומה המופקת על ידי ה-LED (פולטת אור). דיודה ) הכלולה ביחידה, כך שנוכל להפעיל את הטלוויזיה מרחוק באמצעות השלט בקרות.
- אוּלְטרָה סָגוֹל
אור UV נחוץ להטמעת צמחים ויכול להרוג חיידקים ממחלות עור.
- צילום רנטגן
צילום רנטגן נפוץ בתחום הרפואי לצילום מיקום העצמות בגוף, במיוחד לקביעת עצמות שבורות. עם זאת, עליך להיות זהיר בעת שימוש בקרני רנטגן מכיוון שתאי רקמה אנושיים עלולים להינזק עקב שימוש ממושך בקרני רנטגן.
- כלי נגינה
בכלי נגינה כמו גיטרות, מקור הצליל מופק על ידי עצמים רוטטים, כלומר מיתרים. אם המיתר נלקח עם משרעת גדולה (סטייה), הצליל המופק יהיה חזק יותר. ואם המתח של המיתר נמתח, הצליל יהיה גבוה יותר. כך גם עם תופים וכלי נגינה אחרים. צליל מתעורר בגלל שמקור הקול רוטט.
- משקפיים עיוורים
מצויד במכשיר שליחה וקבלה קולי תוך שימוש בשליחה וקבלה קולית.
- מדידת עומק האוקיינוס
- ציוד רפואי
בבדיקת אולטרסאונד (אולטרסאונד). לדוגמא, סריקה על-קולית נעשה על ידי תנועה בדיקות מסביב לעור בטנה של אם בהריון, תוצג תמונה של עובר על מסך הצג. על ידי התבוננות בתמונות של העובר, הרופאים יכולים לעקוב אחר הגדילה, התפתחותו ובריאותו של העובר. בניגוד לבדיקות רנטגן, בדיקות אולטרסאונד בטוחות (ללא סיכון), הן לאם והן לעובר מכיוון בדיקה או בדיקה אולטרסאונד אינה פוגעת בחומר שהוא עובר דרכו, ולכן היא נקראת בדיקה אולטרסאונד לא מזיק (בדיקה לא הרסנית, מקוצר NDT).
טכניקות סריקה אולטרסאונד משמשות גם לבדיקת הכבד (בין אם יש אינדיקציות לסרטן הכבד או לא) והמוח. ייצור מכשיריםאולטרסאונד להסיר רקמת מוח פגומה ללא צורך בניתוח מוח. "בדרך זו, החולים אינם צריכים לעבור ניתוח מוח בסיכון גבוה. הסרה של רקמת מוח פגומה יכולה להיעשות ללא צורך לחתוך ולתפור את הקרקפת או לחורר את הגולגולת.
דוגמה לשאלת גל
גל נע המתפשט על חוט יכול להתבטא כך: y = 2 sin π (100t-4x) עם y בס"מ, x ב-m ו-t בשניות. אם החוט עשוי מחומר עם צפיפות מסה ליחידת אורך של 20 גרם/ס"מ, אז המתח בחוט הוא...
דִיוּן:
100π = ω
100π = 2πf
50 הרץ = f
4π = k
4π = 2π/λ
2 = λ
מחרוזת V = λ * f
v = 2*50
v = 100
v = √(μ/f)
100 = √(20/f)
10000 = 20/פ
F = 0.002 N
בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה:
- בייזר, ארתור. 1999. מושגי הפיזיקה המודרנית (תרגום). ג'קרטה: ארלנגה.
- Budikase, E, et al, 1987. פיזיקה עבור SMU. ג'קרטה: מחלקת החינוך והתרבות.
זה הדיון לגבי נוסחת גל - הגדרה, משוואות, מאפיינים, מאפיינים, סוגים, תסמינים ושאלות לדוגמה אני מקווה שסקירה זו יכולה להגדיל את התובנה והידע שלך, תודה רבה על הביקור. 🙂 🙂 🙂