Wokół nas często występują zjawiska związane z wibracjami, dźwiękami i falami. Powiedz tylko wibracje trzęsienia ziemi, śpiew ptaków i fale wody morskiej. W dzisiejszej dyskusji bliżej poznamy ostatnie zjawisko, czyli fale.
Więc co to znaczy fala? Fale to rozchodzące się wibracje. Na przykład dziecko przywiązuje koniec liny do gałęzi drzewa. Następnie dziecko regularnie wibruje drugim końcem liny w górę iw dół. Można zauważyć, że z biegiem czasu wibracje rozchodzą się wzdłuż liny, aż docierają do końca liny, która jest zawiązana i tworzy falę.
Z tej ilustracji wynika, że propagacja wibracji nazywana jest falą.
Idealna forma fali będzie podążać za ruchem sinusoidy. Oprócz promieniowania elektromagnetycznego i prawdopodobnie promieniowania grawitacyjnego, które może przemieszczać się w próżni, fale istnieją również w ośrodku (który ze względu na zmianę kształtu może wytwarzać siłę sprężystości), w którym mogą przemieszczać się i przenosić energię z jednego miejsca do drugiego bez powodując, że cząsteczki medium poruszają się trwale; to znaczy nie ma ruchu masowego.
Ośrodek jest liniowy, jeśli można dodać różne fale w dowolnym punkcie ośrodka; ograniczona, jeśli jest ograniczona, w przeciwnym razie nazywana jest „nieskończoną”; jednolite, jeśli ich cechy fizyczne nie zmieniają się w różnych punktach; izotropowe, jeśli ich właściwości fizyczne są „takie same” w różnych kierunkach.
W oparciu o kierunek propagacji i kierunek drgań fale są podzielone na dwa typy, a mianowicie fale poprzeczne i fale podłużne.
Fale poprzeczne
Fale poprzeczne to fale, których kierunek propagacji jest prostopadły do kierunku drgań.
Na przykład dziecko wibruje liną, która kończy się na drzewie, tak aby tworzyła fale na linie, jak pokazano na rysunku. Można zauważyć, że fale powstające na linie są falami poprzecznymi, w których kierunek propagacji jest prostopadły do kierunku drgań.
Fale poprzeczne zwykle występują w ciałach sprężystych; oscylacja w tym przypadku jest przemieszczeniem cząstki stałej z dala od jej pozycji swobodnej, w kierunku prostopadłym do rozchodzenia się fali. Ponieważ przemieszczenie odpowiada lokalnemu odkształceniu materiału przez ścinanie, fala poprzeczna o tej właściwości nazywana jest falą poprzeczną. W sejsmologii fale poprzeczne są również nazywane falami wtórnymi lub falami S.
(Przeczytaj również: Zrozumienie różnicy wibracji i fal)
Istnieje kilka przykładów fal poprzecznych, w tym fale na linach i fale świetlne.
Fale podłużne
W przeciwieństwie do fal poprzecznych, fale podłużne to fale, których kierunek propagacji jest równoległy do kierunku drgań.
Na przykład sprężyna z jednym końcem związanym poziomo jest w równowadze. Następnie jest pociągany i zwalniany, powodując wibracje i fale na wiosnę. Można zauważyć, że fala utworzona na sprężynie jest falą podłużną, w której kierunek propagacji jest równoległy do kierunku drgań.
Fale podłużne obejmują fale dźwiękowe (drgania ciśnienia, przemieszczanie się cząstek i prędkość cząstek propagowanych w ośrodku sprężystym) oraz sejsmiczne fale P (tworzone przez trzęsienia ziemi i eksplozje). W przypadku fali podłużnej przemieszczenie ośrodka jest równoległe do rozchodzenia się fali. Fale wzdłuż rozciągniętej gry Slinky, w której odległość między cewkami rośnie i maleje, jest dobrą wizualizacją i kontrastuje z falami pionowymi wzdłuż poprzecznie oscylujących strun gitary.
Istnieje kilka przykładów fal podłużnych, w tym fale w źródłach i fale dźwiękowe.
