Vlnový vzorec – definícia, rovnice, charakteristiky, vlastnosti, typy, symptómy a príklady otázok
V tejto modernej dobe sa technika stala dôležitou. Technológie môžu uľahčiť prácu a skrátiť skutočné vzdialenosti na tisíce kilometrov, napríklad pomocou telefónu. Jednou z dôležitých vecí, ktoré podporujú existenciu technológie, sú prostriedky, napríklad energia alebo vlny ako médium.
Mnohé elektronické predmety využívajú vlastnosti vĺn, napríklad povahu vĺn, ktoré sa môžu šíriť Ľudia používajú vákuum na výrobu žiaroviek, kde priestor vo vnútri žiarovky je priestor prázdny.
Okolo nás je množstvo elektronických zariadení, ktorých technológia využíva vlny, no väčšina z nás ich úplne nepozná a nerozumie im. A o využití vĺn a zvukových vĺn v každodennom živote budeme diskutovať konkrétnejšie v ďalšej kapitole.
Prečítajte si aj články, ktoré môžu súvisieť: Elektromagnetická vlna
Pochopenie vĺn
Mávať je šíriaca sa vibrácia, pri jej šírení vlna nesie energiu. Inými slovami, vlny sú vibrácie, ktoré sa šíria a samotné vibrácie sú zdrojom vĺn. Takže vlny sú vibrácie, ktoré sa šíria a pohybujúce sa vlny sa budú šíriť
energie (moc). Vlny možno interpretovať aj ako formu vibrácií, ktoré sa šíria v médiu.Vo vlnách sa šíri vlna, nie stredné médium. Dĺžku jednej vlny možno zistiť výpočtom vzdialenosti medzi údoliami a kopcami (priečne vlny) alebo výpočtom vzdialenosti medzi jednou hustotou a jednou medzerou (pozdĺžne vlny). Rýchlosť šírenia vlny je vzdialenosť, ktorú vlna prejde za jednu sekundu.
Vlnová rovnica
Informácie:
A = amplitúda
k = vlnové číslo (vlnová konštanta)
ω = uhlová rýchlosť
y = odchýlka vlny (m)
v = rýchlosť šírenia vlny (m/s)
a = zrýchlenie vlny (m/s²)
Vzorec vlny
Určenie frekvencie, periódy a vlnovej dĺžky
Lom vĺn
Prečítajte si aj články, ktoré môžu súvisieť: Pochopenie ďalekohľadu
Charakteristiky vlny
Nasleduje niekoľko charakteristík vĺn, ktoré pozostávajú z:
- Môže byť odrazený alebo zrkadlový
Túto udalosť odrazu vĺn poznáte pri štúdiu geometrickej optiky. V triede x v tomto prípade platí zákon odrazu podľa Snelliusa. - Môže sa lámať (refrakcia)
Refrakcia môže nastať, keď vlny prechádzajú dvoma rôznymi médiami. - Môže sa ohýbať (difrakcia)
K difrakcii (ohybu) dochádza, keď vlny prechádzajú úzkou medzerou. - Možno kombinovať alebo kombinovať (interferencia)
K interferencii vĺn dochádza, keď sa dve vlny spoja (skombinujú), aby vytvorili maximálny a minimálny interferenčný vzor. - Dá sa polarizovať (polarizácia)
Polarizácia je udalosť, pri ktorej sa absorbuje časť alebo celý smer vlnových vibrácií. Táto polarizácia sa vyskytuje iba v priečnych vlnách. - Môže sa rozložiť (disperzia)
Prečo je nebo modré?? Je to preto, že slnečné svetlo má príznaky rozptylu. Slnečné svetlo, ktoré vidíte, je biele, ale v skutočnosti pozostáva z červených, oranžových, žltých, zelených, modrých, indigových a fialových lúčov. Stáva sa to, keď sa obloha pri pohľade na bielu tabuľu javí ako modrá, čo znamená, že všetky farebné pigmenty sa odrážajú do našich očí.
Vlastnosti vlny
Nasleduje niekoľko vlastností vĺn, ktoré pozostávajú z:
1. Vlastnosti zvukových vĺn
- Zvukové vlny vyžadujú na šírenie médium
Pretože zvukové vlny sú mechanické vlny, zvuk si vyžaduje médium na šírenie. Dá sa to dokázať, keď sú dvaja astronauti ďaleko od Zeme a atmosféra v lietadle je prázdna vzduchu, astronaut nemôže viesť priamy rozhovor ale využíva komunikačné nástroje ako napr telefón. Aj keď obaja astronauti boli v jednom lietadle. Schopnosť média rozvibrovať častice je rôzna, existujú dokonca aj médiá, ktoré dokážu tlmiť zvuk, napríklad voda. - Zvukové vlny zažívajú odraz (odraz)
Jednou z vlastností vĺn je, že sa odrážajú, takže to môžu zažiť aj zvukové vlny Zákon odrazu vĺn: uhol dopadu = uhol odrazu platí aj pre zvukové vlny. Je dokázané, že odraz zvuku v uzavretom priestore môže spôsobiť ozveny. To znamená, že časť odrazeného zvuku sa zhoduje s pôvodným zvukom, takže pôvodný zvuk znie nejasne. Aby sa predišlo ozvenám v kinách, štúdiách, rozhlase, televízii a koncertných sálach hudba, steny sú pokryté látkou tlmiacou zvuk, ktorá je zvyčajne vyrobená z vlny, bavlny, skla, gumy alebo železo. - Zvukové vlny zažijú lom (refrakcia)
Jednou z vlastností vĺn je ich lom. Refrakčné udalosti v každodennom živote, napríklad v noci je zvuk hromu hlasnejší ako cez deň. Cez deň je totiž vzduch v horných vrstvách chladnejší ako v spodných. Pretože rýchlosť zvuku pri nízkych teplotách je menšia ako pri vysokých teplotách, rýchlosť zvuku vo vrstvách vzduchu Horná vrstva je menšia ako spodná vrstva, čo vedie k tomu, že médium hornej vrstvy je hustejšie ako médium vrstvy nižšie. Opak sa deje v noci. Takže počas dňa sa zvuk blesku šíri z hornej vzduchovej vrstvy do spodnej vzduchovej vrstvy. Ak sa prichádzajúci zvuk šíri zvisle nadol, v noci je smer šírenia zvuku posunutý bližšie k normálnej čiare. Najlepšie je, ak sa počas dňa smer šírenia zvuku láme od normálnej čiary. V súlade so zákonom lomu vĺn sa vlny prichádzajúce z menej hustého média do hustejšieho média budú lámať bližšie k normálnej čiare alebo naopak. - Ohýbanie zvukových vĺn (difrakcia)
Zvukové vlny zažívajú difrakciu veľmi ľahko, pretože zvukové vlny vo vzduchu majú vlnové dĺžky v rozmedzí centimetrov až niekoľkých metrov. Difrakcia je ohyb vĺn, keď prechádzajú medzerou, veľkosť medzery je rádovo vlnová dĺžka. Ako vieme, dlhšie vlny sa ľahšie difraktujú. Difrakčné udalosti sa vyskytujú napríklad vtedy, keď počujeme zvuk motora auta v zákrute, aj keď sme auto nevideli, pretože ho blokuje vysoká budova na okraji zákruty. - Kombinácia skúseností so zvukovými vlnami (interferencia)
Zvukové vlny pociťujú symptómy kombinácie alebo rušenia vĺn, ktoré možno rozdeliť na dve časti, a to konštrukčné rušenie alebo zosilnenie zvuku a deštruktívne rušenie alebo zoslabenie zvuku. Napríklad, keď sme medzi dvoma reproduktormi s rovnakou alebo takmer rovnakou frekvenciou a amplitúdou, budeme počuť striedavo hlasné a slabé zvuky. - Zvukové vlny zažijú šírenie zvuku
Rušenie spôsobené dvoma zvukovými vlnami môže spôsobiť udalosti šírenia zvuku, a to zosilnenie a zoslabenie zvuku. K tomu dochádza v dôsledku superpozície dvoch vĺn, ktoré majú mierne odlišné frekvencie a šíria sa rovnakým smerom. Ak sa dve zvukové vlny šíria súčasne, vytvoria najsilnejší zvuk, keď sú obe fázy rovnaké. Ak sú dve vibrácie v opačnej fáze, vytvorí sa najslabší zvuk.
Prečítajte si aj články, ktoré môžu súvisieť: Definícia „intenzita“ a (aplikácia zvukových vĺn)
2. Vlastnosti svetelných vĺn
- Svetelné vlny zažívajú rušenie
Svetelné vlny, podobne ako zvukové vlny, môžu rušiť. Na získanie svetelnej interferencie je potrebný koherentný svetelný zdroj, konkrétne svetelný zdroj, ktorý má rovnakú frekvenciu a pevný fázový rozdiel. Koherentné svetelné zdroje možno pozorovať z experimentov uskutočnených Youngom a Fresnellom. Svetelná interferencia môže vytvárať tmavé svetelné vzory. Tmavé vzory sú výsledkom deštruktívnej interferencie (vzájomného tlmenia) v dôsledku zlúčenia dvoch vĺn, ktoré majú opačné fázy. Svetlý vzor je výsledkom interferencie konštrukcie (vzájomné zosilnenie) v dôsledku kombinácie dvoch vĺn, ktoré majú rovnakú fázu. - Svetelné vlny zažívajú difrakciu
Vlnová difrakcia je proces ohýbania vlny spôsobený prítomnosťou bariéry vo forme medzery alebo rohovej bariéry, ktorá blokuje časť čela vlny. K difrakcii svetla dochádza aj v samostatných úzkych štrbinách, ktoré sú navzájom rovnobežné v rovnakej vzdialenosti. Čím užšia medzera sa nazýva difrakčná mriežka, tým viac medzier je v mriežke. Čím ostrejší je difrakčný obrazec vytvorený na obrazovke. Maximálna difrakcia nastane, keď sa na obrazovke objavia jasné čiary. Difrakčný obrazec tvorený tiež okrúhlou štrbinou pozostáva z centrálneho svetlého tvaru obklopeného svetlými a tmavými prstencami. - Svetelné vlny zažívajú polarizáciu
Polarizácia je proces filtrovania smeru vibrácií vlny. Tento nástroj na filtrovanie smeru vibrácií sa nazýva Polaroid. Jedným príkladom sú kryštály. Polarizácia sa nachádza aj v odraze a lomu a v dvojitom lomu. Absorpcia a odraz svetla časticami sa nazýva rozptyl. Ak nepolarizované svetlo prichádza do média (plynu), rozptýlené svetlo môže byť čiastočne alebo úplne polarizované. Smer polarizácie je taký, že je kolmý na rovinu tvorenú čiarou dopadajúceho svetla a čiarou pohľadu.
3. Vlastnosti elektromagnetických vĺn
- Zmeny v elektrickom a magnetickom poli sa vyskytujú súčasne.
- Smery elektrického poľa a magnetického poľa sú na seba kolmé.
- Intenzita elektrického a magnetického poľa je navzájom priamo úmerná, a to podľa vzťahu E = c. B.
- Smer šírenia elektromagnetických vĺn je vždy kolmý na smer elektrického poľa a magnetického poľa.
- Elektromagnetické vlny sa môžu šíriť vo vákuu.
- Elektromagnetické vlny sa šíria rýchlosťou, ktorá závisí len od elektrických a magnetických vlastností média.
- Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu je všeobecná konštanta a jej hodnota je = 3 x 108 m/s.
- Elektromagnetické vlny sú priečne vlny.
- Elektromagnetické vlny môžu zažiť procesy odrazu, lomu, polarizácie, interferencie a difrakcie (ohybu).
Typy vĺn
Existuje niekoľko typov vĺn, ktoré pozostávajú z:
1. Na základe média
- Mechanické vlny, je vlna, ktorá na svoje šírenie vyžaduje médium, ktoré vedie energiu pre proces šírenia vlny. Zvuk je príkladom mechanického vlnenia, ktoré sa šíri zmenami tlaku vzduchu v priestore (hustota molekúl vzduchu).
- Elektromagnetická vlna, a to vlny, ktoré sa môžu šíriť, aj keď nie je žiadne médium. Elektromagnetická energia sa šíri vo vlnách s viacerými charakteristikami, ktoré je možné merať, a to: vlnová dĺžka, frekvencia, amplitúda a rýchlosť.
Zdroje elektromagnetických vĺn sú nasledovné:
- Elektrické oscilácie
- Slnečné svetlo produkuje infračervené lúče
- Ortuťové výbojky, ktoré produkujú ultrafialové žiarenie
- Vystreľovanie elektrónov vo vákuovej trubici na kovový čip vytvára röntgenové lúče (používané na röntgenové lúče) a nestabilné atómové jadrá produkujú gama lúče.
Príklady elektromagnetických vĺn v každodennom živote sú nasledovné:
- Rádio Wave
- Mikrovlny
- Infračervené lúče
- Ultrafialové svetlo
- Viditeľné svetlo
- Röntgenové lúče a
- Gama lúče
Prečítajte si aj články, ktoré môžu súvisieť: „Ultrazvukové zvukové vlny“ obmedzujú ľudský sluch a (výhody odrazu v každodennom živote)
2. Na základe smeru šírenia a vibrácií
Pozostáva z:
- Priečne vlny
a to vlny, ktorých smer šírenia je kolmý na smer kmitania. Príkladom priečnej vlny je strunová vlna. Keď pohybujeme lanom hore a dole, zdá sa, že sa lano pohybuje hore a dole v smere kolmom na smer pohybu vlny.
Najvyšší bod vlny je tzv vrchol pričom najnižší bod sa nazývaúdolie. Amplitúda je maximálna výška vrcholu alebo maximálna hĺbka údolia meraná z rovnovážnej polohy. Vzdialenosť od dvoch rovnakých a po sebe nasledujúcich bodov na vlne nazývaná vlnová dĺžka(nazývané lambda – grécke písmeno). Vlnová dĺžka môže byť tiež chápaná ako vzdialenosť od vrcholu k vrcholu alebo vzdialenosť od údolia k doline.
- Pozdĺžne vlny
a to vlny, ktorých smer šírenia je rovnobežný so smerom kmitania (napríklad slinkové vlny). Vlny, ktoré sa vyskytujú vo vibrujúcich slinkoch, sú v rovnakom smere ako dĺžka slinkov vo forme hustoty a napätia. Vzdialenosť medzi dvoma susednými hustotami alebo dvoma susednými kmeňmi sa nazýva jedna vlna.
Séria stretnutie A kmeň šíri pozdĺž prameňa. Stretnutie je oblasť, kde sa k sebe približujú závity pružín, pričom kmeň je oblasť, kde sú závity pružín obrátené od seba. Ak majú priečne vlny vzor vrcholov a údolí, potom pozdĺžne vlny pozostávajú zo vzoru hustoty a napätia. Vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi postupnými hustotami alebo postupnými kmeňmi. To, čo sa tu myslí, je vzdialenosť od dvoch rovnakých a po sebe nasledujúcich bodov hustoty alebo deformácie.
Príznaky vlny
Nasleduje niekoľko príznakov vlny, ktoré pozostávajú z:
- Reflexia
Na akciách odraz vĺn Bude platiť zákon odrazu vĺn, a to uhol odrazu je rovnaký ako uhol dopadu. To znamená, že keď dopadajúci vlnový lúč zviera uhol θ s normálnou čiarou (čiara kolmá na odraznú plochu), odrazený lúč bude zvierať s normálnou čiarou uhol θ.
- Lom vĺn
Lom vĺn (refrakcia) je vychýlenie smeru čela vlny pri vstupe z jedného média do druhého. Niekedy dochádza k lomu a odrazu súčasne. Keď prichádzajúce vlny zasiahnu iné médium, niektoré z vĺn sa odrazia a iné sa prenesú alebo lámu. K lomu dochádza, pretože vlny majú v rôznych médiách rôznu rýchlosť.
- Rušenie
Rušenie vĺn je fúzia alebo superpozícia vĺn, keď dve alebo viac vĺn dorazí na rovnaké miesto v rovnakom čase. Interferencia dvoch vĺn môže produkovať vlny, ktorých amplitúdy sa navzájom posilňujú (interferencia maximum) a môže tiež produkovať vlny, ktorých amplitúdy sa navzájom tlmia (interferencia minimum).
- Vlnová difrakcia
Vlnová difrakcia je prípad ohybu vlny pri prechode cez úzku medzeru alebo bariéru.
V rovnakom prostredí sa vlny šíria priamočiaro. Priame vlny sa teda budú šíriť v médiu aj vo forme priamych vĺn. To neplatí, ak je médiu daná bariéra alebo prekážka vo forme medzery. Pre správnu veľkosť medzery sa prichádzajúca vlna môže po prechode cez medzeru ohnúť. Ohyb vĺn spôsobený prítomnosťou bariéry vo forme medzery sa nazýva vlnová difrakcia.
Prečítajte si aj články, ktoré môžu súvisieť: "Steganografia" definícia a (princípy - kritériá - aspekty - typy)
Ak je medzerová bariéra daná šírkou, potom difrakcia nie je tak jasne viditeľná. Čelo vlny, ktoré prechádza cez medzeru, sa ohýba iba na okraji medzery, ako je znázornené na obrázku 9 nižšie. Ak je medzerová bariéra úzka, to znamená, že veľkosť je blízka rádu vlnovej dĺžky, potom je vlnová difrakcia veľmi zrejmá.
Príklady aplikácie vĺn a zvukových vĺn v každodennom živote
Nasleduje niekoľko príkladov aplikácie vĺn a zvukových vĺn v každodennom živote, ktoré pozostávajú z:
- Rádio
Rádiová energia je forma elektromagnetickej energie najnižšej úrovne s vlnovými dĺžkami v rozsahu od tisícok kilometrov po menej ako jeden meter. Najbežnejšie použitie sú komunikácie, pre výskum vesmíru a radarové systémy. Radar je užitočný na štúdium poveternostných podmienok, búrok, vytváranie 3D máp zemského povrchu, meranie zrážok, pohybu ľadu v polárnych oblastiach a sledovanie prostredia. Vlnová dĺžka radaru sa pohybuje od 0,8 do 100 cm.
- Mikrovlnná rúra
Vlnová dĺžka mikrovlnného žiarenia sa pohybuje od 0,3 – 300 cm. Jeho využitie je najmä v oblasti komunikácie a zasielania informácií cez open space, varenie a aktívne PJ systémy. V aktívnom PJ systéme sa mikrovlnné impulzy vystreľujú na cieľ a merajú sa odrazy, aby sa študovali charakteristiky cieľa. Príkladom aplikácie je Microwave Imager (TMI) organizácie Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), ktorý meria mikrovlnné žiarenie. emitované z elektromagnetického spektra Elektromagnetická energia zemskej atmosféry na meranie vyparovania, obsahu vody v oblakoch a intenzity Dážď.
- Infračervené
Zdravotné stavy možno diagnostikovať skúmaním infračervených emisií z tela. Špeciálne infračervené fotografie nazývané termogramy sa používajú na zistenie problémov s krvným obehom, artritídy a rakoviny. Infračervené žiarenie je možné použiť aj v poplašných zariadeniach proti vlámaniu. Zlodej bez jeho vedomia zablokuje svetlo a skryje alarm. Diaľkové ovládanie komunikuje s televízorom prostredníctvom infračerveného žiarenia produkovaného LED diódou (Light Emitting). Dióda ), ktorá sa nachádza v jednotke, takže môžeme diaľkovo zapnúť televízor pomocou diaľkového ovládača ovládacie prvky.
- ultrafialové
UV svetlo je potrebné na asimiláciu rastlín a môže zabíjať mikróby z kožných chorôb.
- röntgen
Röntgenové lúče sa bežne používajú v lekárskej oblasti na fotografovanie polohy kostí v tele, najmä na určenie zlomenín. Pri používaní röntgenových lúčov však musíte byť opatrní, pretože v dôsledku dlhodobého používania röntgenových lúčov môžu byť poškodené bunky ľudského tkaniva.
- Hudobný nástroj
V hudobných nástrojoch, ako sú gitary, je zdroj zvuku produkovaný vibrujúcimi predmetmi, konkrétne strunami. Ak je struna brnkaná s veľkou amplitúdou (odchýlka), vydávaný zvuk bude hlasnejší. A ak je napätie struny natiahnuté, zvuk bude vyšší. Rovnako tak s bubnami a inými hudobnými nástrojmi. Zvuk vzniká, pretože zdroj zvuku vibruje.
- Slepé okuliare
Vybavené ultrazvukovým vysielacím a prijímacím zariadením, ktoré využíva ultrazvukové odosielanie a prijímanie.
- Meranie hĺbky oceánu
- Medicínske vybavenie
pri ultrazvukovom vyšetrení (ultrazvuk). Ako príklad, ultrazvukové skenovanie vykonávané pohybom sondy okolo kože žalúdka tehotnej matky sa na obrazovke monitora zobrazí obraz plodu. Pozorovaním snímok plodu môžu lekári sledovať rast, vývoj a zdravie plodu. Na rozdiel od röntgenových vyšetrení sú ultrazvukové vyšetrenia bezpečné (bez rizika), pre matku aj pre plod, pretože Ultrazvuková kontrola alebo testovanie nepoškodzuje materiál, ktorým prechádza, preto sa nazýva ultrazvukové testovanie nepoškodené (nedeštruktívne testovanie, skrátene NDT).
Ultrazvukové skenovacie techniky sa používajú aj na vyšetrenie pečene (či existujú náznaky rakoviny pečene alebo nie) a mozgu. Výroba zariadeníultrazvuk na odstránenie poškodeného mozgového tkaniva bez nutnosti vykonať operáciu mozgu. „Pacienti tak nemusia podstupovať vysokorizikovú operáciu mozgu. Odstránenie poškodeného mozgového tkaniva je možné vykonať bez toho, aby ste museli rezať a šiť pokožku hlavy alebo perforovať lebku.
Príklad vlnovej otázky
Postupujúca vlna šíriaca sa po drôte môže byť vyjadrená ako: y = 2 sin π (100t-4x) s y v cm, x v ma t v sekundách. Ak je drôt vyrobený z materiálu s hustotou na jednotku dĺžky 20 g/cm, potom je napätie v drôte...
Diskusia:
100π = ω
100π = 2πf
50 Hz = f
4π = k
4π = 2π/λ
2 = λ
V reťazec = λ * f
v = 2 x 50
v = 100
v = √ (μ/f)
100 = √ (20/f)
10 000 = 20 / f
F = 0,002 N
Bibliografia:
- Beiser, Arthur. 1999. Pojmy modernej fyziky (preklad). Jakarta: Erlangga.
- Budikase, E, a kol., 1987. Fyzika pre SMU. Jakarta: Ministerstvo školstva a kultúry.
O tom je diskusia Vlnový vzorec – definícia, rovnice, charakteristiky, vlastnosti, typy, symptómy a príklady otázok Dúfajme, že táto recenzia zvýši váš prehľad a znalosti, ďakujeme vám veľmi pekne za návštevu. 🙂 🙂 🙂