Τα κύματα είναι διαταραχές που διαδίδονται στο διάστημα χωρίς να μεταφέρουν ύλη, μόνο ενέργεια.
Το στοιχείο που προκαλεί ένα κύμα ονομάζεται πηγή, για παράδειγμα, μια πέτρα που ρίχνεται στα νερά ενός ποταμού θα δημιουργήσει κυκλικά κύματα.
Κυκλικά κύματα στην επιφάνεια ενός υγρού
Παραδείγματα κυμάτων είναι: κύματα της θάλασσας, ραδιοκύματα, ήχος, φως, ακτινογραφία, μικροκύματα μεταξύ άλλων.
Το μέρος της φυσικής που μελετά τα κύματα και τα χαρακτηριστικά τους ονομάζεται κύμα.
Χαρακτηριστικά κύματος
Για να χαρακτηρίσουμε τα κύματα χρησιμοποιούμε τις ακόλουθες ποσότητες:
- Εύρος: αντιστοιχεί στο ύψος του κύματος, που χαρακτηρίζεται από την απόσταση μεταξύ του σημείου ισορροπίας (ηρεμίας) του κύματος και της κορυφής. Σημειώστε ότι η «κορυφή» δείχνει το μέγιστο σημείο του κύματος, ενώ η «κοιλάδα» αντιπροσωπεύει το ελάχιστο σημείο.
- Μήκος κύματος: Αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα λάμδα (λ), είναι η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κοιλάδων ή κορυφών.
- Ταχύτητα: που αντιπροσωπεύεται από το γράμμα (v), η ταχύτητα ενός κύματος εξαρτάται από το μέσο στο οποίο διαδίδεται. Έτσι, όταν ένα κύμα αλλάζει το μέσο διάδοσής του, η ταχύτητά του μπορεί να αλλάξει.
- Συχνότητα: αντιπροσωπεύεται από το γράμμα (f), στο διεθνές σύστημα η συχνότητα μετράται σε hertz (Hz) και αντιστοιχεί στον αριθμό των ταλαντώσεων των κυμάτων σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. Η συχνότητα ενός κύματος δεν εξαρτάται από το μέσο διάδοσης, μόνο από τη συχνότητα της πηγής που παρήγαγε το κύμα.
- Χρόνος πορείας: αναπαριστάται από το γράμμα (T), η περίοδος αντιστοιχεί στον χρόνο μήκους κύματος. Στο διεθνές σύστημα, η μονάδα μέτρησης περιόδου είναι δευτερόλεπτα.
Τύποι κυμάτων
Οσον αφορα στο φύση, υπάρχουν δύο τύποι κυμάτων:
- Μηχανικά κύματα: για να γίνει διάδοση, τα μηχανικά κύματα χρειάζονται ένα υλικό υλικό, για παράδειγμα, ηχητικά κύματα και κύματα σε μια χορδή.
- Ηλεκτρομαγνητικά κύματα: σε αυτήν την περίπτωση, δεν είναι απαραίτητο να υπάρχει ένα υλικό μέσο για να διαδοθεί το κύμα, για παράδειγμα, ραδιοκύματα και φως.
Ταξινόμηση κυμάτων
Σύμφωνα με κατεύθυνση διάδοσης κυμάτων, ταξινομούνται σε:
-
Μονοδιάστατα κύματα: κύματα που διαδίδονται προς μία κατεύθυνση.
Παράδειγμα: κύματα σε ένα σχοινί. -
δισδιάστατα κύματα: κύματα που διαδίδονται σε δύο κατευθύνσεις.
Παράδειγμα: κύματα που διαδίδονται στην επιφάνεια μιας λίμνης. -
τρισδιάστατα κύματα: κύματα που διαδίδονται σε όλες τις πιθανές κατευθύνσεις.
Παράδειγμα: ηχητικά κύματα.
Τα κύματα μπορούν επίσης να ταξινομηθούν σύμφωνα με κατεύθυνση δόνησης:
-
Διαμήκη κύματα: η δόνηση πηγής είναι παράλληλη με τη μετατόπιση κυμάτων.
Παράδειγμα: ηχητικά κύματα
-
Εγκάρσια κύματα: η δόνηση είναι κάθετη προς τη διάδοση των κυμάτων.
Παράδειγμα: κύμα σε μια συμβολοσειρά.
ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι
Σχέση μεταξύ περιόδου και συχνότητας
Η περίοδος είναι το αντίστροφο της συχνότητας.
Ετσι:
ταχύτητα διάδοσης
Η ταχύτητα μπορεί επίσης να υπολογιστεί ως συνάρτηση της συχνότητας, αντικαθιστώντας την περίοδο με το αντίστροφο της συχνότητας.
Εχουμε:
Παράδειγμα
Ποια είναι η περίοδος και η ταχύτητα διάδοσης ενός κύματος που έχει συχνότητα 5Hz και μήκος κύματος 0,2 m;
Καθώς η περίοδος είναι το αντίστροφο της συχνότητας, τότε:
Για να υπολογίσουμε την ταχύτητα χρησιμοποιούμε το μήκος κύματος και τη συχνότητα, ως εξής:
Κυματιστά φαινόμενα
Αντανάκλαση
Ένα κύμα που διαδίδεται σε ένα συγκεκριμένο μέσο όταν συναντά ένα εμπόδιο μπορεί να υποστεί αντανάκλαση, δηλαδή να αντιστρέψει την κατεύθυνση διάδοσης.
Κατά την ανάκλαση, το μήκος κύματος, η ταχύτητα διάδοσης και η συχνότητα του κύματος δεν αλλάζουν.
Ένα παράδειγμα είναι όταν ένα άτομο φωνάζει σε μια κοιλάδα και ακούει μερικά δευτερόλεπτα αργότερα την ηχώ της φωνής του.
Μέσω της ανάκλασης του φωτός μπορούμε να δούμε τη δική μας εικόνα σε μια γυαλισμένη επιφάνεια.
Η εικόνα απεικονίζεται στην ήρεμη επιφάνεια μιας λίμνης
Διάθλαση
Η διάθλαση είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα κύμα αλλάζει το μέσο διάδοσης. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να συμβεί μια αλλαγή στην τιμή ταχύτητας και την κατεύθυνση διάδοσης.
Τα κύματα σε μια παραλία σπάζουν παράλληλα με την ακτή, λόγω του φαινομένου της διάθλασης. Η αλλαγή στο βάθος του νερού (μέσο διάδοσης) προκαλεί την αλλαγή της κατεύθυνσης των κυμάτων, καθιστώντας τα παράλληλα με την ακτή.
Περίθλαση
Τα κύματα περνούν γύρω από εμπόδια. Όταν συμβαίνει αυτό λέμε ότι το κύμα έχει περιθωριαστεί.
Η περίθλαση μας επιτρέπει να ακούμε, για παράδειγμα, ένα άτομο στην άλλη πλευρά ενός τοίχου.
Κατά τη διέλευση από ένα εμπόδιο, τα κύματα είναι διάσπαρτα.
Παρέμβαση
Όταν συναντώνται δύο κύματα, συμβαίνει μια αλληλεπίδραση ανάμεσα στα πλάτη τους που ονομάζονται παρεμβολές.
Η παρεμβολή μπορεί να είναι εποικοδομητική (αυξημένο πλάτος) ή καταστροφική (μειωμένο πλάτος).
όρθια κύματα
Τα όρθια κύματα συμβαίνουν από την υπέρθεση ίσων περιοδικών κυμάτων και από αντίθετες κατευθύνσεις.
Όταν συμβαίνει εποικοδομητική και καταστροφική παρεμβολή, παρουσιάζουν σημεία που δονούνται και άλλα που δεν δονούνται.
Μπορούμε να παράγουμε όρθια κύματα σε μια χορδή με σταθερά άκρα, για παράδειγμα, στις χορδές μιας κιθάρας.
Μάθετε τα πάντα για:
- Ηχητικά κύματα
- Ταχύτητα ήχου
- Ταχύτητα φωτός
- Ενέργεια
- βαρυτικά κύματα
- Τύποι φυσικής
Ασκήσεις Εξετάσεων Είσοδος
1. (ΕΝΕΜ - 2016)
Το ηλεκτροκαρδιογράφημα, μια εξέταση που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της κατάστασης της καρδιάς του ασθενούς, είναι μια καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Το σχήμα αντιπροσωπεύει το ηλεκτροκαρδιογράφημα ενός ξεκούραστη, ενήλικου ασθενούς που δεν καπνίζει σε ένα ευχάριστο περιβάλλον θερμοκρασίας. Υπό αυτές τις συνθήκες, ένας καρδιακός ρυθμός μεταξύ 60 και 100 παλμών ανά λεπτό θεωρείται φυσιολογικός.
Με βάση το ηλεκτροκαρδιογράφημα που παρουσιάζεται, αναγνωρίζεται ότι ο καρδιακός ρυθμός του ασθενούς είναι
μη φυσιολογικό.
β) πάνω από την ιδανική τιμή
γ) κάτω από την ιδανική τιμή
δ) κοντά στο κατώτερο όριο
ε) κοντά στο ανώτερο όριο
Εναλλακτική γ) κάτω από την ιδανική τιμή
2. (ΕΝΕΜ 2013)
Όταν ταξιδεύουν με αεροπλάνο, οι επιβάτες καλούνται να απενεργοποιήσουν όλες τις συσκευές των οποίων η λειτουργία συνεπάγεται την εκπομπή ή λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η διαδικασία χρησιμοποιείται για την εξάλειψη πηγών ακτινοβολίας που θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις ραδιοεπικοινωνίες των πιλότων με τον πύργο ελέγχου.
Η ιδιότητα των εκπεμπόμενων κυμάτων που δικαιολογεί την υιοθετημένη διαδικασία είναι το γεγονός ότι
α) έχουν αντίθετες φάσεις
β) να είστε και οι δύο ακουστικοί
γ) έχουν αντίστροφη ένταση
δ) να είναι του ίδιου εύρους
ε) έχουν στενές συχνότητες
Η εναλλακτική ε) έχει στενές συχνότητες
3. (ΕΝΕΜ 2013)
Μια κοινή εκδήλωση των οπαδών στα γήπεδα ποδοσφαίρου είναι το ola του Μεξικού. Οι θεατές μιας γραμμής, χωρίς να φύγουν από τη θέση τους και χωρίς να κινούνται πλευρικά, στέκονται και κάθονται, συγχρονισμένοι με αυτούς της γειτονικής γραμμής. Το συλλογικό αποτέλεσμα εξαπλώνεται στους θεατές του σταδίου, σχηματίζοντας ένα προοδευτικό κύμα, όπως φαίνεται στην εικόνα.
Εκτιμάται ότι η ταχύτητα διάδοσης αυτού του «ανθρώπινου κύματος» είναι 45 km / h και ότι κάθε περίοδος ταλάντωσης περιέχει 16 άτομα, τα οποία στέκονται και κάθονται τακτοποιημένα και απέχουν 80 εκατοστά μεταξύ τους.
Σε αυτό το ola του Μεξικού, η συχνότητα των κυμάτων, σε hertz, είναι μια τιμή πιο κοντά
α) 0.3
β) 0,5
γ) 1.0
δ) 1.9
ε) 3.7
Εναλλακτική γ) 1.0
