Vlny ve fyzice: definice, typy, vzorce

Vlny jsou poruchy, které se šíří vesmírem bez transportu hmoty, pouze energie.

Prvek, který způsobuje vlnu, se nazývá zdroj, například kámen hozený do vod řeky způsobí kruhové vlny.

Kruhové vlny na povrchu kapaliny

Příklady vln jsou: mořské vlny, rádiové vlny, zvuk, světlo, rentgen, mikrovlnná trouba a další.

Část fyziky, která studuje vlny a jejich vlastnosti, se nazývá vlnitá.

Charakteristiky vln

K charakterizaci vln používáme následující veličiny:

• Amplituda: odpovídá výšce vlny označené vzdáleností mezi rovnovážným (klidovým) bodem vlny a vrcholem. Všimněte si, že „hřeben“ označuje maximální bod vlny, zatímco „údolí“ představuje minimální bod.
• Vlnová délka: Zastoupená řeckým písmenem lambda (λ), je to vzdálenost mezi dvěma po sobě následujícími údolími nebo hřebeny.
• Rychlost: reprezentované písmenem (v), rychlost vlny závisí na médiu, ve kterém se šíří. Takže když vlna změní své propagační médium, může se změnit její rychlost.
• Frekvence: představované písmenem (f), v mezinárodním systému se frekvence měří v hertzích (Hz) a odpovídá počtu vlnových kmitů v daném časovém intervalu. Frekvence vlny nezávisí na propagačním médiu, pouze na frekvenci zdroje, který vlnu produkoval.
• Časový kurz: reprezentované písmenem (T), období odpovídá času vlnové délky. V mezinárodním systému jsou měrnou jednotkou periody sekundy.

Druhy vln

jako pro Příroda, existují dva typy vln:

• Mechanické vlny: aby mohlo dojít k šíření, vyžadují mechanické vlny materiální médium, například zvukové vlny a vlny na provázku.
• Elektromagnetické vlny: v tomto případě není nutné, aby pro šíření vlny existovalo hmotné médium, například rádiové vlny a světlo.

Klasifikace vln

Podle směr šíření vln, jsou klasifikovány do:

• Jednorozměrné vlny: vlny, které se šíří jedním směrem.
  Příklad: vlny na laně.
• dvourozměrné vlny: vlny, které se šíří ve dvou směrech.
  Příklad: vlny šířící se na hladině jezera.
• trojrozměrné vlny: vlny, které se šíří všemi možnými směry.
  Příklad: zvukové vlny.

Vlny lze také klasifikovat podle směr vibrací:

• Podélné vlny: vibrace zdroje jsou paralelní s vlnovým posunem.
  Příklad: zvukové vlny

• Příčné vlny: vibrace jsou kolmé na šíření vln.
  Příklad: vlna na provázku.

Vzorce

Vztah mezi obdobím a četností

Období je inverzní k frekvenci.

Tím pádem:

rychlost šíření

Rychlost může být také vypočítána jako funkce frekvence, nahrazením období inverzí frekvence.

My máme:

Příklad

Jaká je perioda a rychlost šíření vlny, která má frekvenci 5 Hz a vlnovou délku 0,2 m?

Protože období je inverzní k frekvenci, pak:

Pro výpočet rychlosti používáme vlnovou délku a frekvenci, jako je tato:

Zvlněné jevy

Odraz

Vlna šířící se v určitém médiu, když narazí na překážku, může trpět odrazem, tj. Obrátit směr šíření.

Po odrazu se vlnová délka, rychlost šíření a frekvence vlny nemění.

Příkladem je, když člověk křičí v údolí a o několik sekund později uslyší ozvěnu svého hlasu.

Díky odrazu světla můžeme vidět náš vlastní obraz na leštěném povrchu.

Obrázek odráží na klidné hladině jezera

Lom světla

Lom je jev, ke kterému dochází, když vlna změní médium šíření. V takovém případě může dojít ke změně hodnoty rychlosti a směru šíření.

Vlny na pláži se lámou rovnoběžně s břehem kvůli lomu. Změna hloubky vody (médium šíření) způsobí změnu směru vln, což je učiní rovnoběžnými s břehem.

Difrakce

Vlny obcházejí překážky. Když se to stane, řekneme, že vlna byla rozptýlena.

Difrakce nám umožňuje slyšet například osobu na druhé straně zdi.

Při průchodu překážkou jsou vlny rozptýleny.

Rušení

Když se dvě vlny setkají, dojde k interakci mezi jejich amplitudami, která se nazývá interference.

Interference může být konstruktivní (zvýšená amplituda) nebo destruktivní (snížená amplituda).

stojaté vlny

Stojící vlny vznikají ze superpozice periodických vln, které jsou stejné a opačné.

Když dojde ke konstruktivnímu a destruktivnímu rušení, představují body, které vibrují, a další, které nevibrují.

Můžeme vyrábět stojaté vlny na struně s pevnými konci, například na strunách kytary.

Vědět vše o:

• Zvukové vlny
• Rychlost zvuku
• Rychlost světla
• Energie
• gravitační vlny
• Fyzikální vzorce

Cvičení na přijímací zkoušky

1. (ENEM - 2016)

Elektrokardiogram, zkouška používaná k hodnocení stavu srdce pacienta, je záznamem elektrické aktivity srdce po určitou dobu. Obrázek představuje elektrokardiogram klidového nekuřáckého dospělého pacienta v příjemném teplotním prostředí. Za těchto podmínek je srdeční frekvence mezi 60 a 100 tepy za minutu považována za normální.

Na základě předloženého elektrokardiogramu bylo zjištěno, že srdeční frekvence pacienta je

nenormální.
b) nad ideální hodnotu
c) pod ideální hodnotou
d) blízko spodní hranice
e) blízko horní hranice

Viz odpověď

Alternativa c) pod ideální hodnotou

2. (ENEM 2013)

Při cestování letadlem se vyžaduje, aby cestující vypnuli všechna zařízení, jejichž provoz zahrnuje vyzařování nebo příjem elektromagnetických vln. Postup se používá k eliminaci zdrojů záření, které by mohly rušit rádiovou komunikaci pilotů s řídící věží.

Vlastností emitovaných vln, která ospravedlňuje přijatý postup, je skutečnost, že

a) mít opačné fáze
b) být oba slyšitelní
c) mít inverzní intenzity
d) být ve stejném rozsahu
e) mají blízké frekvence

Viz odpověď

Alternativa e) mají blízké frekvence

3. (ENEM 2013)

Společným projevem fanoušků na fotbalových stadionech je mexická ola. Diváci řady, aniž by opustili své místo a neposunuli se bočně, stáli a seděli synchronizovaně s diváky sousední řady. Kolektivní efekt se šíří diváky stadionu a vytváří progresivní vlnu, jak je znázorněno na obrázku.

Odhaduje se, že rychlost šíření této „lidské vlny“ je 45 km / h a že každé období oscilace obsahuje 16 lidí, kteří vstávají a úhledně sedí a jsou od sebe vzdáleni 80 cm.
V této mexické ola je vlnová frekvence v hertzích hodnota blíže

a) 0,3
b) 0,5
c) 1,0
d) 1.9
e) 3.7

Viz odpověď

Alternativa c) 1.0