Golven zijn verstoringen die zich door de ruimte voortplanten zonder materie, alleen energie te transporteren.
Het element dat een golf veroorzaakt, wordt een bron genoemd, bijvoorbeeld een steen die in het water van een rivier wordt gegooid, genereert cirkelvormige golven.
Cirkelvormige golven op het oppervlak van een vloeistof
Voorbeelden van golven zijn onder andere: zeegolven, radiogolven, geluid, licht, röntgenstraling, magnetron.
Het deel van de natuurkunde dat golven en hun kenmerken bestudeert, wordt golvend genoemd.
Golfkenmerken
Om de golven te karakteriseren gebruiken we de volgende grootheden:
- Amplitude: komt overeen met de hoogte van de golf, gemarkeerd door de afstand tussen het evenwichtspunt (rustpunt) van de golf en de top. Merk op dat de "kam" het maximale punt van de golf aangeeft, terwijl de "vallei" het minimumpunt vertegenwoordigt.
- Golflengte: Vertegenwoordigd door de Griekse letter lambda (λ), het is de afstand tussen twee opeenvolgende valleien of toppen.
- Snelheid: weergegeven door de letter (v), de snelheid van een golf hangt af van het medium waarin deze zich voortplant. Dus wanneer een golf zijn voortplantingsmedium verandert, kan zijn snelheid veranderen.
- Frequentie: weergegeven door de letter (f), in het internationale systeem wordt de frequentie gemeten in hertz (Hz) en komt overeen met het aantal golfoscillaties in een bepaald tijdsinterval. De frequentie van een golf is niet afhankelijk van het voortplantingsmedium, alleen van de frequentie van de bron die de golf heeft voortgebracht.
- Tijdsverloop: weergegeven door de letter (T), de periode komt overeen met de tijd van een golflengte. In het internationale systeem is de meeteenheid voor de periode seconden (s).
Soorten golven
Wat betreft de natuur, zijn er twee soorten golven:
- Mechanische golven: om voortplanting te laten plaatsvinden, hebben mechanische golven een materieel medium nodig, bijvoorbeeld geluidsgolven en golven aan een touwtje.
- Elektromagnetische golven: in dit geval is het niet nodig dat er een materieel medium is om de golf zich voort te planten, bijvoorbeeld radiogolven en licht.
Golfclassificatie
Volgens golfvoortplantingsrichting:, ze zijn ingedeeld in:
-
Eendimensionale golven: golven die zich in één richting voortplanten.
Voorbeeld: golven aan een touw. -
tweedimensionale golven: golven die zich in twee richtingen voortplanten.
Voorbeeld: golven die zich voortplanten op het oppervlak van een meer. -
driedimensionale golven: golven die zich in alle mogelijke richtingen voortplanten.
Voorbeeld: geluidsgolven.
Golven kunnen ook worden ingedeeld volgens: trillingsrichting::
-
Longitudinale golven: brontrilling is evenwijdig aan golfverplaatsing.
Voorbeeld: geluidsgolven
-
Dwarsgolven: de trilling staat loodrecht op de golfvoortplanting.
Voorbeeld: zwaaien aan een touwtje.
formules
Relatie tussen periode en frequentie
Periode is het omgekeerde van frequentie.
Dus:
voortplantingssnelheid:
Snelheid kan ook worden berekend als een functie van frequentie, waarbij de periode wordt vervangen door het omgekeerde van frequentie.
We hebben:
Voorbeeld
Wat is de periode en voortplantingssnelheid van een golf met een frequentie van 5 Hz en een golflengte van 0,2 m?
Aangezien de periode het omgekeerde is van de frequentie, geldt:
Om de snelheid te berekenen gebruiken we de golflengte en frequentie, als volgt:
Golvende verschijnselen
Reflectie
Een golf die zich in een bepaald medium voortplant wanneer hij een obstakel tegenkomt, kan reflectie ondergaan, dat wil zeggen de voortplantingsrichting omkeren.
Bij reflectie veranderen de golflengte, voortplantingssnelheid en frequentie van de golf niet.
Een voorbeeld is wanneer een persoon in een vallei schreeuwt en een paar seconden later de echo van zijn stem hoort.
Door lichtreflectie kunnen we ons eigen beeld zien op een gepolijst oppervlak.
Afbeelding weerspiegeld in het kalme oppervlak van een meer
breking
Breking is een fenomeen dat optreedt wanneer een golf het voortplantingsmedium verandert. In dit geval kan een verandering in snelheidswaarde en voortplantingsrichting optreden.
Golven op een strand breken evenwijdig aan de kust, als gevolg van het fenomeen breking. De verandering in waterdiepte (voortplantingsmedium) zorgt ervoor dat de richting van de golven verandert, waardoor ze evenwijdig aan de kust worden.
diffractie
De golven gaan om obstakels heen. Wanneer dit gebeurt, zeggen we dat de golf is afgebogen.
Diffractie stelt ons in staat om bijvoorbeeld een persoon aan de andere kant van een muur te horen.
Bij het passeren van een obstakel worden de golven verstrooid.
Interferentie
Wanneer twee golven elkaar ontmoeten, vindt er een interactie plaats tussen hun amplituden die interferentie wordt genoemd.
Interferentie kan constructief (verhoogde amplitude) of destructief (verlaagde amplitude) zijn.
staande golven
Staande golven ontstaan vanuit de superpositie van gelijke periodieke golven en vanuit tegengestelde richtingen.
Wanneer constructieve en destructieve interferentie optreedt, presenteren ze punten die trillen en andere die niet trillen.
We kunnen staande golven produceren op een snaar met vaste uiteinden, bijvoorbeeld op de snaren van een gitaar.
Weet alles over:
- Geluidsgolven
- Snelheid van geluid
- Snelheid van het licht
- Energie
- zwaartekrachtsgolven
- Fysische formules
Toelatingsexamen Oefeningen
1. (ENEM - 2016)
Het elektrocardiogram, een onderzoek dat wordt gebruikt om de toestand van het hart van een patiënt te beoordelen, is een registratie van de elektrische activiteit van het hart gedurende een bepaalde periode. De figuur stelt het elektrocardiogram voor van een uitgeslapen, niet-rokende volwassen patiënt in een aangename temperatuuromgeving. Onder deze omstandigheden wordt een hartslag tussen 60 en 100 slagen per minuut als normaal beschouwd.
Op basis van het gepresenteerde elektrocardiogram wordt vastgesteld dat de hartslag van de patiënt
niet normaal.
b) boven de ideale waarde
c) onder de ideale waarde
d) dicht bij de ondergrens
e) dicht bij de bovengrens
Alternatief c) onder de ideale waarde
2. (ENEM 2013)
Bij het reizen met het vliegtuig worden passagiers gevraagd om alle apparaten uit te schakelen waarvan de werking de uitzending of ontvangst van elektromagnetische golven inhoudt. De procedure wordt gebruikt om stralingsbronnen te elimineren die de radiocommunicatie van de piloten met de verkeerstoren zouden kunnen verstoren.
De eigenschap van de uitgezonden golven die de aangenomen procedure rechtvaardigt, is het feit dat:
a) hebben tegengestelde fasen
b) beide hoorbaar zijn
c) inverse intensiteiten hebben
d) van hetzelfde bereik zijn
e) hebben nauwe frequenties
Alternatief e) hebben nauwe frequenties
3. (ENEM 2013)
Een veel voorkomende manifestatie van fans in voetbalstadions is de Mexicaanse ola. De toeschouwers van een lijn, zonder hun plaats te verlaten en zonder zijdelings te bewegen, staan en zitten, synchroon met die van de aangrenzende lijn. Het collectieve effect verspreidt zich door de toeschouwers van het stadion en vormt een progressieve golf, zoals weergegeven in de afbeelding.
Geschat wordt dat de voortplantingssnelheid van deze "menselijke golf" 45 km/u is, en dat elke trillingsperiode 16 mensen bevat, die netjes opstaan en zitten en op een afstand van 80 cm van elkaar.
In deze Mexicaanse ola is de golffrequentie, in hertz, een waarde die dichter bij ligt
a) 0.3
b) 0,5
c) 1.0
d) 1.9
e) 3.7
Alternatief c) 1.0
