גלים בפיזיקה: הגדרה, סוגים, נוסחאות

גלים הם הפרעות שמתפשטות בחלל בלי להעביר חומר, רק אנרגיה.

האלמנט הגורם לגל נקרא מקור, למשל, אבן שנזרקת למימי הנהר תייצר גלים מעגליים.

גלים מעגליים על פני נוזל

דוגמאות לגלים הם: גלי ים, גלי רדיו, קול, אור, רנטגן, מיקרוגל בין היתר.

החלק בפיזיקה החוקר גלים ומאפייניהם נקרא מבטל.

מאפייני גל

כדי לאפיין את הגלים אנו משתמשים בכמויות הבאות:

• אמפליטודה: תואם את גובה הגל המסומן על ידי המרחק בין נקודת שיווי המשקל (מנוחה) של הגל לסמל. שימו לב כי "הפסגה" מציינת את נקודת המקסימום של הגל, ואילו "העמק" מייצג את נקודת המינימום.
• אֹרֶך גַל: מיוצג על ידי האות היוונית lambda (λ), זהו המרחק בין שני עמקים או פסגות עוקבות.
• מְהִירוּת: מיוצג על ידי האות (v), מהירות הגל תלויה במדיום בו הוא מתפשט. לכן כאשר גל משנה את מדיום התפשטותו, המהירות שלו יכולה להשתנות.
• תדירות: מיוצג על ידי האות (ו), במערכת הבינלאומית התדר נמדד בהרץ (הרץ) ומתאים למספר תנודות הגלים במרווח זמן נתון. תדירות הגל אינה תלויה במדיום התפשטות, אלא רק בתדירות המקור שהפיק את הגל.
• קורס זמן: מיוצג על ידי האות (T), התקופה מתאימה לזמן של אורך גל. במערכת הבינלאומית, יחידת המדידה התקופתית היא שניות.

סוגי גלים

בנוגע ל טֶבַעישנם שני סוגים של גלים:

• גלים מכניים: כדי שהתפשטות תתרחש, גלים מכניים זקוקים למדיום חומרי, למשל, גלי קול וגלים על חוט.
• גלים אלקטרומגנטיים: במקרה זה, אין צורך שיהיה מדיום חומרי להתפשטות הגל, למשל גלי רדיו ואור.

סיווג גל

לפי כיוון התפשטות הגלים, הם מסווגים ל:

• גלים חד ממדיים: גלים המתפשטים לכיוון אחד.
  דוגמא: גלים על חבל.
• גלים דו מימדיים: גלים המתפשטים לשני כיוונים.
  דוגמה: גלים המתפשטים על פני אגם.
• גלים תלת מימדיים: גלים המתפשטים לכל הכיוונים האפשריים.
  דוגמה: גלי קול.

ניתן לסווג גלים גם על פי כיוון רטט:

• גלים אורכיים: רטט המקור מקביל לתזוזת הגל.
  דוגמה: גלי קול

• גלים רוחביים: הרטט מאונך להתפשטות הגלים.
  דוגמה: נפנף על חוט.

נוסחאות

הקשר בין תקופה לתדירות

תקופה היא הפוכה של תדירות.

לכן:

מהירות התפשטות

ניתן לחשב מהירות גם כפונקציה של תדר, המחליף את תקופת ההפך של התדר.

יש לנו:

דוגמא

מה התקופה ומהירות התפשטות הגל שיש לו תדר של 5 הרץ ואורך גל של 0.2 מ '?

מכיוון שהתקופה היא ההפוכה של התדר, אז:

כדי לחשב את המהירות אנו משתמשים באורך הגל והתדר, כך:

תופעות גליות

הִשׁתַקְפוּת

גל המתפשט במדיום מסוים כאשר נתקל במכשול יכול לסבול מהשתקפות, כלומר כדי להפוך את כיוון ההתפשטות.

עם ההשתקפות, אורך הגל, מהירות ההתפשטות ותדירות הגל אינם משתנים.

דוגמא לכך היא כאשר אדם צועק בעמק ושומע כעבור כמה שניות את הד קולו.

דרך השתקפות האור אנו יכולים לראות את הדימוי שלנו על משטח מלוטש.

תמונה המשתקפת במשטח רגוע של אגם

שבירה

שבירה היא תופעה שקורה כאשר גל משנה את מדיום התפשטות. במקרה זה, עשוי להתרחש שינוי בערך המהירות ובכיוון ההתפשטות.

גלים על חוף נשברים במקביל לחוף, בגלל תופעת השבירה. השינוי בעומק המים (מדיום התפשטות) גורם לכיוון הגלים להשתנות, מה שהופך אותם במקביל לחוף.

הִשׁתַבְּרוּת

הגלים סובבים מכשולים. כשזה קורה אנו אומרים שהגל הופרע.

ההפרעה מאפשרת לנו לשמוע, למשל, אדם בצד השני של הקיר.

כשעוברים דרך מכשול הגלים מפוזרים.

הַפרָעָה

כששני גלים נפגשים, מתרחשת אינטראקציה בין המשרעת שלהם הנקראת הפרעה.

הפרעות יכולות להיות קונסטרוקטיביות (משרעת מוגברת) או הרסנית (משרעת מופחתת).

גלים עומדים

גלים עומדים מתרחשים מסופרפוזיציה של גלים תקופתיים שווים ומכיוונים מנוגדים.

כאשר מתרחשת הפרעה בונה והרסנית, הם מציגים נקודות הרוטטות ואחרות שאינן רוטטות.

אנו יכולים לייצר גלים עומדים על חוט עם קצוות קבועים, למשל, על מיתרי גיטרה.

דע הכל על:

• גלי קול
• מהירות הצליל
• מהירות האור
• אֵנֶרְגִיָה
• גלי כבידה
• נוסחאות פיזיקה

תרגילי בחינת כניסה

1. (ENEM - 2016)

האלקטרוקרדיוגרמה, בדיקה המשמשת להערכת מצב ליבו של המטופל, היא תיעוד של הפעילות החשמלית של הלב לאורך תקופה מסוימת. הדמות מייצגת את האלקטרוקרדיוגרמה של חולה מבוגר מנוחה ללא עישון בסביבת טמפרטורה נעימה. בתנאים אלה, דופק בין 60 ל- 100 פעימות לדקה נחשב לנורמלי.

בהתבסס על האלקטרוקרדיוגרמה שהוצגה, מזוהה כי קצב הלב של המטופל הוא

לא רגיל.
ב) מעל לערך האידיאלי
ג) מתחת לערך האידיאלי
ד) קרוב לגבול התחתון
ה) קרוב לגבול העליון

ראה תשובה

חלופה ג) מתחת לערך האידיאלי

2. (ENEM 2013)

בעת נסיעה במטוס, הנוסעים מתבקשים לכבות את כל המכשירים שפעולתם כוללת פליטה או קליטה של ​​גלים אלקטרומגנטיים. הנוהל משמש לחיסול מקורות קרינה העלולים להפריע לתקשורת הרדיו של הטייסים למגדל הפיקוח.

המאפיין של הגלים הנפלטים שמצדיק את ההליך המאומץ הוא העובדה ש

א) יש שלבים מנוגדים
ב) להיות נשמע שניהם
ג) בעלי עוצמות הפוכות
ד) להיות מאותו טווח
ה) בעלי תדרים קרובים

ראה תשובה

לחלופה e) יש תדרים קרובים

3. (ENEM 2013)

ביטוי נפוץ של אוהדים באצטדיוני כדורגל הוא האולה המקסיקנית. הצופים בקו, מבלי לעזוב את מקומם ומבלי לנוע רוחבית, עומדים ויושבים מסונכרנים עם אלה של הקו הסמוך. האפקט הקולקטיבי מתפשט דרך צופי האצטדיון ויוצר גל פרוגרסיבי, כפי שמוצג באיור.

ההערכה היא כי מהירות ההתפשטות של "הגל האנושי" הזה היא 45 קמ"ש, וכי כל תקופת תנודה מכילה 16 אנשים, שקמים ויושבים בצורה מסודרת ומרוחקים 80 ס"מ זה מזה.
באולה מקסיקנית זו, תדר הגל, בהרץ, הוא ערך קרוב יותר ל

א) 0.3
ב) 0.5
ג) 1.0
ד) 1.9
ה) 3.7

ראה תשובה

חלופה ג) 1.0