Wzór falowy – definicja, równania, charakterystyka, właściwości, typy, objawy i przykładowe pytania
W dobie nowoczesności technologia stała się ważna. Technologia może ułatwić pracę i skrócić rzeczywiste odległości rzędu tysięcy kilometrów, na przykład przy korzystaniu z telefonu. Jedną z ważnych rzeczy, która wspiera istnienie technologii, są środki, na przykład energia lub fale jako medium.
Wiele urządzeń elektronicznych wykorzystuje właściwości fal, na przykład naturę fal, które mogą się rozchodzić Ludzie wykorzystują próżnię do produkcji żarówek, w których przestrzeń wewnątrz żarówki jest przestrzenią pusty.
Wokół nas znajduje się wiele urządzeń elektronicznych, których technologia wykorzystuje fale, ale większość z nas nie do końca je zna i rozumie. A wykorzystanie fal i fal dźwiękowych w życiu codziennym omówimy bardziej szczegółowo w następnym rozdziale.
Przeczytaj także artykuły, które mogą być powiązane: Fala elektromagnetyczna
Zrozumienie fal
Fala jest wibracją rozchodzącą się, podczas rozchodzenia się fala niesie energię. Innymi słowy, fale to wibracje, które się rozchodzą, a same wibracje są źródłem fal. Zatem fale to wibracje, które się rozchodzą, a poruszające się fale będą się rozchodzić
energia (moc). Fale można również interpretować jako formę wibracji rozchodzących się w ośrodku.W przypadku fal rozchodzi się fala, a nie ośrodek pośredni. Długość jednej fali można sprawdzić, obliczając odległość między dolinami i wzgórzami (fale poprzeczne) lub obliczając odległość między jedną gęstością a jedną szczeliną (fale podłużne). Prędkość rozchodzenia się fali to odległość, jaką fala przebywa w ciągu jednej sekundy.
Równanie fali
Informacja:
A = amplituda
k = liczba falowa (stała falowa)
ω = prędkość kątowa
y = odchylenie fali (m)
v = prędkość propagacji fali (m/s)
a = przyspieszenie fali (m/s²)
Formuła fali
Wyznaczanie częstotliwości, okresu i długości fali
Załamanie fali
Przeczytaj także artykuły, które mogą być powiązane: Zrozumienie teleskopu
Charakterystyka fal
Poniżej przedstawiono kilka cech fal, na które składają się:
- Może być odbity lub lustrzany
Zdarzenie to związane z odbiciem fali jest Ci znane podczas studiowania optyki geometrycznej. W klasie x obowiązuje w tym przypadku Prawo odbicia według Snelliusa. - Może ulegać załamaniu (refrakcja)
Załamanie może wystąpić, gdy fale przechodzą przez dwa różne ośrodki. - Możliwość zginania (dyfrakcja)
Dyfrakcja (zginanie) występuje, gdy fale przechodzą przez wąską szczelinę. - Można łączyć lub łączyć (zakłócenia)
Interferencja fal ma miejsce, gdy dwie fale spotykają się (łączą), tworząc maksymalny i minimalny wzór interferencji. - Może być spolaryzowany (polaryzacja)
Polaryzacja to zjawisko polegające na pochłanianiu części lub całości kierunku drgań fali. To zjawisko polaryzacji występuje tylko w falach poprzecznych. - Może ulec rozkładowi (dyspersja)
Dlaczego niebo jest niebieskie?? Dzieje się tak, ponieważ światło słoneczne wykazuje objawy dyspersji. Światło słoneczne, które widzisz, jest białe, ale w rzeczywistości składa się z promieni czerwonych, pomarańczowych, żółtych, zielonych, niebieskich, indygo i fioletowych. Dzieje się tak, gdy patrząc na białą tablicę niebo wydaje się niebieskie, co oznacza, że wszystkie kolorowe pigmenty odbijają się w naszych oczach.
Właściwości fali
Poniżej przedstawiono kilka właściwości fal, na które składają się:
1. Właściwości fal dźwiękowych
- Fale dźwiękowe do rozchodzenia się potrzebują ośrodka
Ponieważ fale dźwiękowe są falami mechanicznymi, do rozchodzenia się dźwięku potrzebny jest ośrodek. Można to udowodnić, gdy dwóch astronautów jest daleko od Ziemi, a atmosfera w samolocie jest pusta powietrzu astronauta nie może prowadzić bezpośredniej rozmowy, ale korzysta z narzędzi komunikacji takich jak telefon. Mimo że obaj astronauci byli w tym samym samolocie. Zdolność ośrodka do wibrowania cząstek jest różna, istnieją nawet ośrodki, które mogą tłumić dźwięk, na przykład woda. - Fale dźwiękowe doświadczają odbicia (odbicia)
Jedną z właściwości fal jest to, że się odbijają, więc fale dźwiękowe również mogą tego doświadczyć.Prawo odbicia fali: kąt padania = kąt odbicia dotyczy również fal dźwiękowych. Można udowodnić, że odbicie dźwięku w zamkniętej przestrzeni może powodować echa. Oznacza to, że część odbitego dźwięku pokrywa się z dźwiękiem oryginalnym, przez co dźwięk oryginalny brzmi niejasno. Aby uniknąć echa w kinach, studiach, radiu, telewizji i salach koncertowych muzyki, ściany pokryte są substancją tłumiącą dźwięk, zwykle wykonaną z wełny, bawełny, szkła, gumy lub żelazo. - Fale dźwiękowe doświadczają załamania (refrakcji)
Jedną z właściwości fal jest to, że ulegają one załamaniu. Załamanie zdarzeń w życiu codziennym, na przykład w nocy dźwięk grzmotu jest głośniejszy niż w ciągu dnia. Dzieje się tak dlatego, że w ciągu dnia powietrze w górnych warstwach jest chłodniejsze niż w dolnych. Ponieważ prędkość dźwięku w niskich temperaturach jest mniejsza niż w wysokich temperaturach, prędkość dźwięku w warstwach powietrza Warstwa górna jest mniejsza niż warstwa dolna, co powoduje, że warstwa wierzchnia jest gęstsza niż warstwa dolna niżej. Odwrotnie dzieje się w nocy. Zatem w ciągu dnia dźwięk błyskawicy rozprzestrzenia się z górnej warstwy powietrza do dolnej. Jeżeli w nocy dochodzący dźwięk przemieszcza się pionowo w dół, kierunek rozchodzenia się dźwięku jest odchylony w stronę normalnej linii. Najlepiej, aby w ciągu dnia kierunek rozchodzenia się dźwięku był załamany od linii normalnej. Zgodnie z prawem załamania fal fale przechodzące z ośrodka o mniejszej gęstości do ośrodka o większej gęstości zostaną załamane bliżej linii normalnej i odwrotnie. - Fale dźwiękowe doświadczają zginania (dyfrakcja)
Fale dźwiękowe bardzo łatwo ulegają dyfrakcji, ponieważ fale dźwiękowe w powietrzu mają długość fali w zakresie od centymetrów do kilku metrów. Dyfrakcja to zaginanie się fal podczas przechodzenia przez szczelinę, której wielkość jest rzędu długości fali. Jak wiemy, dłuższe fale łatwiej ulegają ugięciu. Zdarzenia dyfrakcyjne mają miejsce na przykład wtedy, gdy słyszymy dźwięk silnika samochodu na zakręcie drogi, mimo że nie widzieliśmy samochodu, ponieważ blokuje go wysoki budynek na krawędzi zakrętu. - Połączenie doświadczenia fal dźwiękowych (interferencja)
Fale dźwiękowe wykazują objawy kombinacji fal lub interferencji, które można podzielić na dwie części, a mianowicie zakłócenia konstrukcyjne lub wzmocnienie dźwięku oraz zakłócenia destrukcyjne lub osłabienie dźwięku. Przykładowo, gdy znajdziemy się pomiędzy dwoma głośnikami o tej samej lub prawie tej samej częstotliwości i amplitudzie, będziemy na przemian słyszeć głośne i słabe dźwięki. - Fale dźwiękowe doświadczają propagacji dźwięku
Zakłócenia powodowane przez dwie fale dźwiękowe mogą powodować zjawiska propagacji dźwięku, czyli wzmocnienie i osłabienie dźwięku. Dzieje się tak na skutek superpozycji dwóch fal, które mają nieco inne częstotliwości i rozchodzą się w tym samym kierunku. Jeśli dwie fale dźwiękowe rozchodzą się w tym samym czasie, najsilniejszy dźwięk będzie generowany, gdy obie fazy będą takie same. Jeśli dwie wibracje będą w przeciwnej fazie, wygenerowany zostanie najsłabszy dźwięk.
Przeczytaj także artykuły, które mogą być powiązane: Definicja „intensywności” i (zastosowanie fal dźwiękowych)
2. Właściwości fal świetlnych
- Fale świetlne doświadczają zakłóceń
Fale świetlne, podobnie jak fale dźwiękowe, mogą zakłócać. Aby uzyskać interferencję światła, potrzebne jest spójne źródło światła, czyli źródło światła o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz. Spójne źródła światła można zaobserwować na podstawie eksperymentów przeprowadzonych przez Younga i Fresnella. Zakłócenia światła mogą powodować powstawanie ciemnych wzorów świetlnych. Ciemne wzory powstają w wyniku destrukcyjnej interferencji (wzajemnego tłumienia) w wyniku połączenia dwóch fal o przeciwnych fazach. Jasny wzór wynika z interferencji konstrukcji (wzajemnego wzmocnienia) w wyniku połączenia dwóch fal o tej samej fazie. - Fale świetlne doświadczają dyfrakcji
Dyfrakcja fali to proces zaginania fali spowodowany obecnością bariery w postaci szczeliny lub bariery narożnej, która blokuje część czoła fali. Dyfrakcja światła zachodzi również w oddzielnych wąskich szczelinach równoległych do siebie w tej samej odległości. Im węższa szczelina nazywana jest siatką dyfrakcyjną, tym więcej przerw znajduje się w siatce. Im ostrzejszy jest wzór dyfrakcyjny powstający na ekranie. Maksymalna dyfrakcja występuje, gdy na ekranie pojawiają się jasne linie. Obraz dyfrakcyjny utworzony również przez okrągłą szczelinę składa się z centralnego jasnego kształtu otoczonego jasnymi i ciemnymi pierścieniami. - Fale świetlne doświadczają polaryzacji
Polaryzacja to proces filtrowania kierunku drgań fali. To narzędzie do filtrowania kierunku wibracji nazywa się Polaroid. Jednym z przykładów są kryształy. Polaryzacja występuje również w odbiciu i załamaniu oraz w podwójnym załamaniu. Absorpcja i odbicie światła przez cząstki nazywa się rozpraszaniem. Jeśli niespolaryzowane światło przedostanie się do ośrodka (gazu), rozproszone światło może zostać częściowo lub całkowicie spolaryzowane. Kierunek polaryzacji jest taki, że jest prostopadły do płaszczyzny utworzonej przez linię padającego światła i linię wzroku.
3. Właściwości fal elektromagnetycznych
- Zmiany pola elektrycznego i pola magnetycznego zachodzą jednocześnie.
- Kierunki pola elektrycznego i pola magnetycznego są do siebie prostopadłe.
- Natężenia pola elektrycznego i magnetycznego są do siebie wprost proporcjonalne, czyli zgodnie z zależnością E = c. B.
- Kierunek propagacji fal elektromagnetycznych jest zawsze prostopadły do kierunku pola elektrycznego i pola magnetycznego.
- Fale elektromagnetyczne mogą rozchodzić się w próżni.
- Fale elektromagnetyczne rozchodzą się z szybkością zależną wyłącznie od właściwości elektrycznych i magnetycznych ośrodka.
- Prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni jest ogólną stałą i wynosi = 3 x 108 m/s.
- Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi.
- Fale elektromagnetyczne mogą podlegać procesom odbicia, załamania, polaryzacji, interferencji i dyfrakcji (zginania).
Rodzaje fal
Poniżej znajduje się kilka rodzajów fal, na które składają się:
1. Na podstawie medium
- Fale mechaniczne, to fala, która do swego rozchodzenia się potrzebuje ośrodka przekazującego energię do procesu propagacji fali. Dźwięk jest przykładem fali mechanicznej, która rozchodzi się poprzez zmiany ciśnienia powietrza w przestrzeni (gęstość cząsteczek powietrza).
- Fala elektromagnetyczna, czyli fale, które mogą się rozchodzić, nawet jeśli nie ma ośrodka. Energia elektromagnetyczna rozchodzi się w falach o kilku cechach, które można zmierzyć, a mianowicie: długość fali, częstotliwość, amplituda i prędkość.
Źródłami fal elektromagnetycznych są:
- Oscylacje elektryczne
- Światło słoneczne wytwarza promienie podczerwone
- Lampy rtęciowe wytwarzające ultrafiolet
- Wystrzeliwanie elektronów w lampie próżniowej w metalowy chip wytwarza promieniowanie rentgenowskie (wykorzystywane w promieniach rentgenowskich), a niestabilne jądra atomowe wytwarzają promienie gamma.
Przykłady fal elektronowo-magnetycznych w życiu codziennym są następujące:
- Fala radiowa
- Mikrofale
- Promienie podczerwone
- Światło ultrafioletowe
- Widzialne światło
- Zdjęcia rentgenowskie i
- Promienie gamma
Przeczytaj także artykuły, które mogą być powiązane: „Ultradźwiękowe fale dźwiękowe” ograniczają słuch człowieka i (korzyści refleksji w życiu codziennym)
2. Na podstawie kierunku propagacji i drgań
Składa się z:
- Fale poprzeczne
mianowicie fale, których kierunek propagacji jest prostopadły do kierunku drgań. Przykładem fali poprzecznej jest fala strunowa. Kiedy poruszamy liną w górę i w dół, wydaje się, że lina porusza się w górę i w dół w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu fali.
Najwyższy punkt fali nazywa się szczyt podczas gdy najniższy punkt nazywany jestdolina. Amplituda to maksymalna wysokość szczytu lub maksymalna głębokość doliny, mierzona od położenia równowagi. Odległość od dwóch równych i kolejnych punktów na fali zwana długością fali(tzw. lambda – litera grecka). Długość fali można również traktować jako odległość od szczytu do szczytu lub odległość od doliny do doliny.
- Fale podłużne
mianowicie fale, których kierunek propagacji jest równoległy do kierunku wibracji (na przykład fale typu Slinky). Fale występujące w wibrujących slinkach mają ten sam kierunek co długość slinki pod względem gęstości i odkształcenia. Odległość między dwiema sąsiednimi gęstościami lub dwoma sąsiednimi odkształceniami nazywa się jedna fala.
Serie spotkanie I napięcie rozprzestrzenia się wzdłuż wiosny. Spotkanie to obszar, w którym zwoje sprężyny zbliżają się do siebie, natomiast napięcie to obszar, w którym zwoje sprężyny są odwrócone od siebie. Jeśli fale poprzeczne mają wzór szczytów i dolin, wówczas fale podłużne składają się z wzoru gęstości i odkształcenia. Długość fali to odległość pomiędzy kolejnymi gęstościami lub kolejnymi odkształceniami. Mamy tu na myśli odległość od dwóch identycznych i kolejnych punktów gęstości lub odkształcenia.
Objawy falowe
Poniżej przedstawiono kilka objawów falowych, na które składają się:
- Odbicie
Na imprezach odbicie fali Obowiązywać będzie prawo odbicia fali, czyli kąt odbicia jest równy kątowi padania. Oznacza to, że gdy wiązka fali padającej tworzy kąt θ z linią normalną (linią prostopadłą do powierzchni odbijającej), to wiązka odbita tworzy z linią normalną kąt θ.
- Załamanie fali
Załamanie fali (refrakcja) jest odchyleniem kierunku czoła fali, gdy przechodzi ona z jednego ośrodka do drugiego. Czasami załamanie i odbicie zachodzą jednocześnie. Kiedy nadchodzące fale uderzą w inny ośrodek, część fal zostanie odbita, a inne zostaną przeniesione lub załamane. Załamanie występuje, ponieważ fale mają różną prędkość w różnych ośrodkach.
- Ingerencja
Interferencja fal to fuzja lub superpozycja fal, gdy dwie lub więcej fal dociera do tego samego miejsca w tym samym czasie. Interferencja dwóch fal może spowodować powstanie fal, których amplitudy wzmacniają się wzajemnie (interferencja maksymalna) i może również wytwarzać fale, których amplitudy tłumią się nawzajem (interferencja minimum).
- Dyfrakcja fal
Dyfrakcja fal to zjawisko zaginania się fali, gdy przechodzi ona przez wąską szczelinę lub barierę.
W tym samym ośrodku fale rozchodzą się po linii prostej. Dlatego fale proste będą rozprzestrzeniać się w ośrodku również w postaci fal prostych. Nie dotyczy to sytuacji, gdy medium posiada barierę lub przeszkodę w postaci szczeliny. Aby uzyskać odpowiedni rozmiar szczeliny, nadchodząca fala może się załamać po przejściu przez szczelinę. Nazywa się to zaginaniem fali spowodowanym obecnością bariery w postaci szczeliny dyfrakcja fali.
Przeczytaj także artykuły, które mogą być powiązane: Definicja i (zasady – kryteria – aspekty – rodzaje) „steganografii”
Jeśli bariera szczeliny jest podana przez szerokość, wówczas dyfrakcja nie jest tak wyraźnie widoczna. Czoło fali przechodzące przez szczelinę zagina się tylko na krawędzi szczeliny, jak pokazano na rysunku 9 poniżej. Jeśli bariera szczeliny jest wąska, to znaczy jej rozmiar jest bliski długości fali, wówczas dyfrakcja fali jest bardzo wyraźna.
Przykłady zastosowania fal i fal dźwiękowych w życiu codziennym
Poniżej znajduje się kilka przykładów zastosowania fal i fal dźwiękowych w życiu codziennym, składających się z:
- Radio
Energia radiowa to najniższa forma energii elektromagnetycznej, o długości fal od tysięcy kilometrów do mniej niż jednego metra. Najczęstsze zastosowania to komunikacja, badania kosmiczne i systemy radarowe. Radar jest przydatny do badania wzorców pogodowych, burz, tworzenia map 3D powierzchni Ziemi, pomiaru opadów, ruchu lodu w regionach polarnych i monitorowania środowiska. Długość fali radaru mieści się w zakresie 0,8-100 cm.
- kuchenka mikrofalowa
Długość fali promieniowania mikrofalowego mieści się w zakresie 0,3 – 300 cm. Jego zastosowanie znajduje głównie w obszarach komunikacji i przesyłania informacji poprzez otwarte przestrzenie, gotowanie i aktywne systemy PJ. W aktywnym systemie PJ impulsy mikrofalowe są wysyłane do celu, a odbicia są mierzone w celu zbadania charakterystyki celu. Przykładowym zastosowaniem jest mikrofalowy rejestrator obrazu (TMI) misji pomiaru opadów tropikalnych (TRMM), który mierzy promieniowanie mikrofalowe emitowane z widma elektromagnetycznego Energia elektromagnetyczna atmosfery ziemskiej do pomiaru parowania, zawartości wody w chmurach i intensywności Deszcz.
- Podczerwień
Schorzenia zdrowotne można zdiagnozować badając emisję podczerwieni z organizmu. Specjalne zdjęcia w podczerwieni, zwane termogramami, służą do wykrywania problemów z krążeniem krwi, zapalenia stawów i raka. Promieniowanie podczerwone można również wykorzystać w alarmach antywłamaniowych. Złodziej bez swojej wiedzy zablokuje światło i ukryje alarm. Pilot komunikuje się z telewizorem za pomocą promieniowania podczerwonego emitowanego przez diodę LED (Light Emitting). Dioda ) znajdująca się w urządzeniu, dzięki czemu możemy zdalnie włączyć telewizor za pomocą pilota sterownica.
- Ultrafioletowy
Światło UV jest potrzebne do asymilacji roślin i może zabijać zarazki chorób skóry.
- Rentgen
Promienie rentgenowskie są powszechnie stosowane w medycynie do fotografowania położenia kości w organizmie, zwłaszcza w celu określenia złamań. Należy jednak zachować ostrożność podczas stosowania promieni rentgenowskich, ponieważ długotrwałe stosowanie promieni rentgenowskich może spowodować uszkodzenie komórek tkanek ludzkich.
- Instrument muzyczny
W instrumentach muzycznych, takich jak gitary, źródłem dźwięku są drgające obiekty, a mianowicie struny. Jeśli strunę szarpie się z dużą amplitudą (odchyleniem), wytwarzany dźwięk będzie głośniejszy. A jeśli napięcie struny zostanie rozciągnięte, dźwięk będzie wyższy. Podobnie z bębnami i innymi instrumentami muzycznymi. Dźwięk powstaje w wyniku wibracji źródła dźwięku.
- Niewidome okulary
Wyposażony w ultradźwiękowe urządzenie wysyłające i odbierające, wykorzystujące ultradźwiękowe wysyłanie i odbieranie.
- Pomiar głębokości oceanu
- Wyposażenie medyczne
w badaniu USG (ultradźwięk). Jako przykład, skanowanie ultradźwiękowe zrobić poprzez ruch sondy wokół skóry brzucha ciężarnej matki na ekranie monitora wyświetli się obraz płodu. Obserwując obrazy płodu, lekarze mogą monitorować wzrost, rozwój i stan zdrowia płodu. W odróżnieniu od badań RTG, badania USG są bezpieczne (nie stwarzają żadnego ryzyka) zarówno dla matki, jak i płodu Kontrola lub badanie ultradźwiękowe nie uszkadza materiału, przez który przechodzi, dlatego nazywa się to badaniem ultradźwiękowym nieszkodliwy (badania nieniszczące, w skrócie Badania NDT).
Techniki skanowania ultradźwiękowego są również stosowane do badania wątroby (niezależnie od tego, czy występują oznaki raka wątroby, czy nie) i mózgu. Produkcja urządzeńultradźwięk w celu usunięcia uszkodzonej tkanki mózgowej bez konieczności przeprowadzania operacji mózgu. „Dzięki temu pacjenci nie będą musieli poddawać się ryzykownej operacji mózgu. Usunięcie uszkodzonej tkanki mózgowej można przeprowadzić bez konieczności nacinania i szycia skóry głowy lub perforowania czaszki.
Przykład pytania typu Wave
Falę biegnącą rozchodzącą się po drucie można wyrazić jako: y = 2 sin π (100t-4x), gdzie y jest wyrażone w cm, x w m i t w sekundach. Jeżeli drut jest wykonany z materiału o gęstości masy na jednostkę długości 20 g/cm, to naprężenie drutu wynosi...
Dyskusja:
100π = ω
100π = 2πf
50 Hz = f
4π = k
4π = 2π/λ
2 = λ
V ciąg = λ * f
v = 2*50
v = 100
v = √(μ/f)
100 = √(20/f)
10000 = 20 / k
F = 0,002 N
Bibliografia:
- Beiser, Artur. 1999. Pojęcia fizyki współczesnej (tłumaczenie). Dżakarta: Erlangga.
- Budikase, E i in., 1987. Fizyka dla SMU. Dżakarta: Departament Edukacji i Kultury.
To jest dyskusja dot Wzór falowy – definicja, równania, charakterystyka, właściwości, typy, objawy i przykładowe pytania Mamy nadzieję, że ta recenzja poszerzy Twoją wiedzę i wiedzę. Dziękujemy bardzo za odwiedzenie. 🙂 🙂 🙂