Hullámmozgás Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete
A hullámmozgás fogalma A rezgési energia térbeli továbbterjedését hullámmozgásnak nevezzük. Hullámmozgáskor a közeg, vagy mező fizikai állapota megváltozik. A közeg ami megváltozik lehet rugalmas közeg, elektromágneses mező, termikus állapot stb. Ennek megfelelően a hullámokat csoportosíthatjuk úgy, mint mechanikai hullámok, ekkor a közeg rugalmas Elektromágneses hullámok, ekkor a közeg elektromágneses mező. Stb.
Hullámok csoportosítása A hullámokat csoportosíthatjuk aszerint is, hogy a változás időben és térben hogyan zajlik le. Az az eset tárgyalható a legegyszerűbben, amikor a változás térben szinuszgörbével jellemezhető. Ezt harmonikus hullámoknak nevezzük.
Hullámok jellemzése Tranzverzális hullám: a rezgés a hullám haladási irányára merőleges Longitudinális hullám: a rezgés a hullám haladási irányával párhuzamos
Mechanikai és harmonikus hullámok jellemzése A hullám lehet tranzverzális, vagy longitudinális. Amplitúdó: A hullámmozgásban részt vevő részecskék legnagyobb kitérésének a nagysága. Hullámhossz: A hullám térbeli periódusára jellemző mennyiség, ugyanabban a pillanatban azonos fázisban lévő pontok egymástól mért távolsága. Jele : λ Mértékegysége : m
Periódusidő: a hullám időbeli ismétlődését jellemző mennyiség. Az az idő, amely alatt a hullám egy hullámhossznyi utat tesz meg. Rezgésszám: A hullámmozgásban részt vevő közeg pontjainak a rezgésszáma, amely megegyezik a hullámforrás rezgésszámával.
A hullám terjedési sebessége: fázissebesség Egy közegen belül állandó, de különböző közegekben más és más. c = ds dt = λ = λ f T
Hullámok terjedése
Tranzverzális hullámok rezgéssíkja A tranzverzális hullámok jellemezhetőek azzal a síkkal, amelyben a rezgések történnek. Ha a rezgés egyetlen síkban zajlik le, és ez a sík nem változik, akkor síkban poláros hullámról beszélünk. Ha a részecskék nem egyetlen síkban, hanem térben egy kör vagy ellipszis mentén megcsavarodva haladnak, körben, vagy elliptikusan poláros hullámról beszélünk.
Hullámok polarizációja Ha körben vagy elliptikusan poláros hullámok közül egy kitüntetett síkot kiválasztunk, így egy síkban poláros hullámot hozunk létre.ezt a jelenséget hullámok polarizációjának nevezzük. Csak a tranzverzális hullámok polarizálhatóak.
Hullámok polarizációja
Hullámok új közeg határán A hullámok sebessége függ a közegtől. Hullámtanilag sűrűbb: amelyben a hullámok lassabban terjednek. Hullámtanilag ritkább: amelyben a hullámok gyorsabban terjednek A hullámok rezgésszáma független a közegtől.
Hullámok törése, visszaverődése A hullámok visszaverődésére és törésére a geometriai optikában már tanult törvények érvényesek.
Hullámok találkozása: interferencia Vonal menti hullámok interferenciája: A keletkező hullám a találkozó hullámok szuperpozíciója ( összegzése ) révén jön létre. Kitérése az egyes találkozó hullámok kitérésének előjeles összege. Az azonos fázisban találkozó hullámok erősítik egymást. Az ellentétes fázisban találkozó, azonos amplitúdójú hullámok kioltják egymást.
Hullámok interferenciája
Állóhullámok Szembe haladó vonal menti hullámok találkozásakor jön létre. Egyenlő távolságra csomópontok, és maximális amplitúdóval rezgő duzzadóhelyek alakulnak ki. Két csomópont közötti szakaszban minden pont egyszerre, azonos fázisban rezeg. Csomópontok közötti. Egymás melletti szakaszok ellentétes fázisban rezegnek. A csomópontok és duzzadóhelyek mindig ugyanott maradnak.
Állóhullámok
Állóhullámok
Felületi hullámok interferenciája Koherens hullámok hoznak létre interferenciát. Erősítés: Δs = 2k λ 2 Gyengítés: Δs = (2k + 1) λ 2
Hullámelhajlás Keskeny résen áthaladó hullám behatol az árnyéktérbe is. Ha a rés kisebb mint a hullámhossz, a hullámelhajlás nagy mértékű.
Hullámelhajlás
Hanghullámok A hang csak rugalmas közegben terjed. Légüres térben nem terjed a hang. A hang longitudinális hullám. Zenei hang: több harmonikus hangból összetett hang. Zörej: nem periodikus hullám Dörej: rövid lökésszerű hullám
Hangmagasság: rezgésszám határozza meg Hangköz, vagy oktáv: viszonylagos hangmagasság ( oktáv 2:1) Hangszín: az alaphanggal egy időben keltett felhangok határozzák meg Infrahang: 20Hz-nél kisebb rezgésszám Ultrahang: 16 000 Hz-nél nagyobb rezgésszám
Doppler effektus A megfigyelő az álló hangforrás felé közeledik: f = λ 0 +: közeledünk a hullámforráshoz -: távolodunk a hullámforrástól c ± v
Doppler effektus A megfigyelő áll, és a hullámforrás mozog: + : távolodás - : közeledés λ = f = c ± v f f 0 1± 0 v c