Κυματιστά
Τα κύματα είναι μια διαταραχή ή δόνηση που ταξιδεύει στον χωροχρόνο και ακολουθείται από μεταφορά ενέργειας, όπως ορίζεται από τη φυσική. Η κίνηση των κυμάτων μεταφέρει ενέργεια από τη μια θέση στην άλλη χωρίς μόνιμη μετατόπιση των σωματιδίων του μέσου - με άλλα λόγια, χωρίς κίνηση μάζας. Αντίθετα, αποτελούνται από δονήσεις ή δονήσεις που συμβαίνουν σε σχεδόν τακτά χρονικά διαστήματα.
Τουλάχιστον δύο ποσότητες πεδίου στο μέσο των κυμάτων εμπλέκονται σε φυσικά κύματα. Τα κύματα μπορεί να είναι κανονικά, οπότε οι ποσότητες κυμαίνονται σε μια καθορισμένη συχνότητα γύρω από μια τιμή ισορροπίας. Ένα κινούμενο κύμα εμφανίζεται όταν ολόκληρη η κυματομορφή κινείται προς μία κατεύθυνση. ένα στάσιμο κύμα εμφανίζεται όταν δύο υπερτιθέμενα περιοδικά κύματα κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Το πλάτος δόνησης σε ένα στάσιμο κύμα χαρακτηρίζεται από μηδενικό σε ορισμένα σημεία όταν το πλάτος του κύματος φαίνεται μειωμένο ή ακόμα και μηδενικό.
Ιδιότητα κυμάτων:
Ακολουθούν τα κύρια χαρακτηριστικά ή ιδιότητες των κυμάτων:
-
Συχνότητα:
Συχνότητα είναι ο αριθμός των κυμάτων που ταξιδεύουν σε ένα δεδομένο σημείο σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο κοντά είναι τα κύματα μεταξύ τους και τόσο περισσότερη ενέργεια μεταφέρουν τα κύματα.
Η περίοδος του κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητάς του.
Συχνότητα=1/περίοδος
f =1/T
Ένα hertz είναι μια μονάδα μέτρησης για τα κύματα (Hz).
Amplitude:
Το μήκος μεταξύ μιας γραμμής που διασχίζει το κέντρο ενός κύματος και μιας κορυφής ή βύθισης μετράται σε πλάτος. Όσο ισχυρότερη είναι η δύναμη που δημιουργεί ένα κύμα, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος του κύματος και τόσο περισσότερη ενέργεια μεταφέρει.
Η κορυφή ενός εγκάρσιου κύματος είναι το υψηλότερο σημείο του, ενώ η κοιλότητα είναι το χαμηλότερο.
Το πλάτος ενός εγκάρσιου κύματος είναι ανάλογο του ύψους του.
Οι ήχοι με μεγαλύτερο πλάτος είναι πιο δυνατοί και το φως με μεγαλύτερο πλάτος είναι πιο φωτεινό.
-
Μήκος κύματος:
Η απόσταση μεταξύ των κορυφών ενός κύματος και των κορυφών του επόμενου κύματος μετριέται σε μήκος κύματος. Σε υψηλότερη συχνότητα παράγεται μικρότερο μήκος κύματος και περισσότερη ενέργεια.
Το μήκος κύματος ενός κύματος ορίζεται ως η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών ή κοιλοτήτων.
- Το υψηλότερο σημείο ενός κύματος αναφέρεται ως κορυφή.
- Τα χαμηλότερα σημεία ενός κύματος αναφέρονται ως κοιλότητες.
- Μια ημιτονοειδής καμπύλη αντιπροσωπεύει το σχήμα ενός κύματος και περιγράφει την απλή αρμονική κίνηση, η οποία είναι η κίνηση του εκκρεμούς.
-
Ταχύτητα:
Η απόσταση που διανύουν τα κύματα σε έναν δεδομένο χρόνο αναφέρεται ως ταχύτητα.
Το κύμα και η φύση του μέσου καθορίζουν την ταχύτητα των κυμάτων.
Η ταχύτητα ενός κύματος αλλάζει καθώς εισέρχεται σε διαφορετικό μέσο. Σε διαφορετικά μέσα, τα κύματα ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες.
Τύποι κυμάτων:
Οι τύποι κυμάτων ταξινομούνται ευρέως σε τρεις κατηγορίες, οι οποίες είναι οι εξής:
- Μηχανικά κύματα
- Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα
- Κύματα ύλης
Θα συζητήσουμε λεπτομερώς κάθε τύπο κύματος:
- Μηχανικά κύματα – Λόγω της επαναλαμβανόμενης περιοδικής κίνησης των σωματιδίων του μέσου γύρω από τις μέσες θέσεις τους, αυτά τα μηχανικά κύματα χρησιμεύουν ως διάδοση μιας διαταραχής στο υλικό μέσο, με τη διαταραχή να μεταδίδεται από το ένα σωματίδιο στο άλλο. Χωρίζονται περαιτέρω σε δύο τύπους:
- α) Διαμήκη κύματα-
Όταν τα σωματίδια στο μέσο κυμαίνονται γύρω από τις μέσες θέσεις τους στην κατεύθυνση διάδοσης του κύματος, το κύμα ονομάζεται διαμήκης. Για ένα διαμήκη κύμα, η δόνηση των σωματιδίων του μέσου είναι προς την κατεύθυνση της ροής. Ένα διαμήκη κύμα επιμένει με τη μορφή αραίωσης και συμπίεσης, που είναι συμπίεση στην ίδια κατεύθυνση με τα κύματα και εκτείνεται στην ίδια κατεύθυνση με τα κύματα. Για ένα διαμήκη κύμα, η πυκνότητα και η πίεση τείνουν να είναι υψηλότερες στα σημεία συμπίεσης και χαμηλότερες στα σημεία αραίωσης. Στα αέρια, μόνο διαμήκη κύματα μπορούν να διαδοθούν. Τα κύματα συμπίεσης είναι ένα άλλο όνομα για τα διαμήκη κύματα.
- β) Εγκάρσια κύματα-
Τα εγκάρσια κύματα είναι διαταραχές σε ένα μέσο στο οποίο τα σωματίδια του μέσου κυμαίνονται γύρω από τις μέσες θέσεις τους σε ορθή γωνία προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Αυτή η κίνηση συμβαίνει σε κυκλικό ρυθμό και συνεχίζεται επ' αόριστον. Ένα εγκάρσιο κύμα διαδίδεται σε ένα μέσο με τα σωματίδια να δονούνται σε κατεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Υπάρχει η παραγωγή γούρνας και ακρολοφίας, καθώς και δυνατότητα πόλωσης εγκάρσιου κύματος. Κυματισμοί στην επιφάνεια του νερού, δονήσεις χορδών και άλλα εγκάρσια κύματα είναι παραδείγματα.
Ηλεκτρομαγνητικά κύματα- Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δημιουργούνται όταν ένα ηλεκτρικό πεδίο και ένα μαγνητικό πεδίο συνδέονται μεταξύ τους. Αυτά τα κύματα είναι κάθετα τόσο στο ηλεκτρικό όσο και στο μαγνητικό πεδίο και είναι επίσης κάθετα μεταξύ τους. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να είναι ορατά όταν υπάρχουν περιοδικές διαταραχές στο μαγνητικό και το ηλεκτρικό πεδίο και αυτά τα κύματα θα έχουν μια συχνότητα που εμπίπτει στην περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δεν χρειάζεται τη χρήση μέσου. Αυτά τα κύματα μπορούν επίσης να είναι πολωμένα και είναι εγκάρσια. Τα μικροκύματα και οι ακτίνες Χ είναι μερικά παραδείγματα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Κύματα ύλης- Τα κύματα ύλης, επίσης γνωστά ως κύματα De Broglie, απεικονίζουν την κυματική φύση όλης της ύλης, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων σωμάτων, των ατόμων και άλλων υποατομικών σωματιδίων. Έχει διαπιστωθεί ότι τα κύματα της ύλης είναι εξαιρετικά μικρά και ότι αυτά τα κύματα παράγονται από ηλεκτρόνια και σωματίδια. Οι εξισώσεις De Broglie είναι ένα σύνολο εξισώσεων που προτείνουν τη διπλή φύση της ύλης. Η συχνότητα αυτών των κυμάτων είναι ακριβώς ανάλογη με την κινητική τους ενέργεια.
Επιφανειακά κύματα- Τα επιφανειακά κύματα έχουν τόσο μηχανικό όσο και ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο. Ένα ωκεάνιο κύμα είναι το καλύτερο παράδειγμα για τα επιφανειακά κύματα, τα οποία είναι επίσης γνωστά ως κύματα Rayleigh.
Ελαστικά κύματα- Τα ελαστικά κύματα δημιουργούνται από φυσικά ελαστομερή σώματα. Η δονητική κίνηση των σωματιδίων προκαλείται από το ελαστικό σώμα και η δονητική κίνηση είναι αυτή που δημιουργεί το ελαστικό κύμα. Στην περίπτωση ενός ελαστικού κύματος, τα σωματίδια τείνουν πάντα να επιστρέφουν στις αρχικές τους θέσεις ενώ βρίσκονται σε κυματική κίνηση, και αυτό διαδίδεται επίσης στο μέσο του ιξωδοελαστικού. Η ελαστοδυναμική είναι η επιστημονική μελέτη αυτών των ελαστικών κυμάτων.
Συμπέρασμα-
Ο άνεμος που πνέει στην επιφάνεια του ωκεανού είναι η κύρια αιτία των κυμάτων στον ωκεανό. Η ουσία ή το υλικό που μεταφέρει ένα μηχανικό κύμα αναφέρεται ως «μέσο». Το γεγονός ότι τα κύματα μεταδίδουν ενέργεια και όχι ουσία είναι ένα από τα πιο θεμελιώδη πράγματα που πρέπει να κατανοήσουμε για αυτά. Αυτό τους διακρίνει από άλλα φαινόμενα της φυσικής. Τα μικροκύματα και τα ραδιοκύματα είναι παραδείγματα αόρατων κυμάτων.
