Bølger i fysikk: definisjon, typer, formler

Bølger er forstyrrelser som forplanter seg gjennom rommet uten å transportere materie, bare energi.

Elementet som forårsaker en bølge kalles en kilde, for eksempel vil en stein kastet i vannet i en elv generere sirkulære bølger.

Sirkulære bølger på overflaten av en væske

Eksempler på bølger er blant annet: havbølger, radiobølger, lyd, lys, røntgen, mikrobølgeovn.

Den delen av fysikken som studerer bølger og deres egenskaper kalles undulatory.

Bølgefunksjoner

For å karakterisere bølgene bruker vi følgende mengder:

• Amplitude: tilsvarer høyden på bølgen, markert med avstanden mellom likevekt (hvilepunkt) på bølgen og toppen. Merk at “toppen” indikerer maksimumspunktet for bølgen, mens “dalen” representerer minimumspunktet.
• Bølgelengde: Representert av den greske bokstaven lambda (λ), er det avstanden mellom to påfølgende daler eller kamper.
• Hastighet: representert med bokstaven (v), avhenger hastigheten til en bølge av mediet den forplantes i. Så når en bølge endrer forplantningsmedium, kan hastigheten endres.
• Frekvens: representert med bokstaven (f), i det internasjonale systemet måles frekvensen i hertz (Hz) og tilsvarer antall bølgesvingninger i et gitt tidsintervall. Frekvensen til en bølge avhenger ikke av forplantningsmediet, bare av frekvensen til kilden som produserte bølgen.
• Tidsforløpet: representert med bokstaven (T), tilsvarer perioden bølgelengdens tid. I det internasjonale systemet er tidsmåleenheten sekunder.

Typer bølger

Når det gjelder natur, det er to typer bølger:

• Mekaniske bølger: for at forplantning skal skje, trenger mekaniske bølger et materielt medium, for eksempel lydbølger og bølger på en streng.
• Elektromagnetiske bølger: i dette tilfellet er det ikke nødvendig å ha et materielt medium for at bølgen skal forplante seg, for eksempel radiobølger og lys.

Bølgeklassifisering

I følge bølgeutbredelsesretning, de er klassifisert i:

• Endimensjonale bølger: bølger som forplanter seg i en retning.
  Eksempel: bølger på et tau.
• todimensjonale bølger: bølger som forplanter seg i to retninger.
  Eksempel: bølger som forplantes på overflaten av en innsjø.
• tredimensjonale bølger: bølger som forplanter seg i alle mulige retninger.
  Eksempel: lydbølger.

Bølger kan også klassifiseres i henhold til vibrasjonsretning:

• Langsgående bølger: kildevibrasjon er parallell med bølgeforskyvning.
  Eksempel: lydbølger

• Tverrgående bølger: vibrasjonen er vinkelrett på bølgeutbredelsen.
  Eksempel: vink på en streng.

Formler

Forholdet mellom periode og hyppighet

Periode er omvendt av frekvens.

Og dermed:

forplantningshastighet

Hastighet kan også beregnes som en funksjon av frekvens, og erstatter periode med invers av frekvens.

Vi har:

Eksempel

Hva er perioden og forplantningshastigheten til en bølge som har en frekvens på 5Hz og en bølgelengde på 0,2 m?

Siden perioden er omvendt av frekvensen, så:

For å beregne hastigheten bruker vi bølgelengde og frekvens, slik:

Bølgende fenomener

Speilbilde

En bølge som forplanter seg i et bestemt medium når den støter på en hindring, kan lide refleksjon, det vil si å reversere forplantningsretningen.

Ved refleksjon endres ikke bølgelengden, forplantningshastigheten og frekvensen til bølgen.

Et eksempel er når en person roper i en dal og hører noen sekunder senere ekkoet av stemmen.

Gjennom lysrefleksjon kan vi se vårt eget bilde på en polert overflate.

Bildet gjenspeiles i den rolige overflaten av en innsjø

Brytning

Brekning er et fenomen som skjer når en bølge endrer forplantningsmediet. I dette tilfellet kan en endring i hastighetsverdi og forplantningsretning forekomme.

Bølger på en strand bryter parallelt med kysten på grunn av brytningsfenomenet. Endringen i vanndyp (forplantningsmedium) fører til at bølgeretningen endres, noe som gjør dem parallelle med kysten.

Diffraksjon

Bølgene går rundt hindringer. Når dette skjer sier vi at bølgen har blitt diffraktert.

Diffraksjon lar oss høre for eksempel en person på den andre siden av en vegg.

Når du går gjennom et hinder, spres bølgene.

Innblanding

Når to bølger møtes, oppstår en interaksjon mellom amplituden deres som kalles interferens.

Interferens kan være konstruktiv (økt amplitude) eller destruktiv (redusert amplitude).

stående bølger

Stående bølger oppstår fra superposisjon av like periodiske bølger og fra motsatte retninger.

Når konstruktiv og destruktiv interferens oppstår, presenterer de punkter som vibrerer og andre som ikke vibrerer.

Vi kan produsere stående bølger på en streng med faste ender, som strengene til en gitar.

Vite alt om:

• Lydbølger
• Lydens hastighet
• Lysets hastighet
• Energi
• gravitasjonsbølger
• Fysikkformler

Inngangseksamen Øvelser

1. (ENEM - 2016)

Elektrokardiogrammet, en test som brukes til å vurdere tilstanden til pasientens hjerte, er en oversikt over hjertets elektriske aktivitet over en viss tidsperiode. Figuren representerer elektrokardiogrammet til en uthvilt, røykfri voksen pasient i et behagelig temperaturmiljø. Under disse forholdene anses en hjertefrekvens mellom 60 og 100 slag i minuttet som normal.

Basert på det presenterte elektrokardiogrammet, identifiseres det at pasientens hjertefrekvens er

ikke normal.
b) over den ideelle verdien
c) under idealverdien
d) nær den nedre grensen
e) nær øvre grense

Se Svar

Alternativ c) under idealverdien

2. (ENEM 2013)

Når du reiser med fly, blir passasjerer bedt om å slå av alle enheter hvis drift innebærer utslipp eller mottak av elektromagnetiske bølger. Prosedyren brukes til å eliminere strålingskilder som kan forstyrre pilotenes radiokommunikasjon med kontrolltårnet.

Egenskapen til de utsendte bølgene som rettferdiggjør den vedtatte prosedyren er det faktum at

a) ha motsatte faser
b) være begge hørbare
c) ha omvendte intensiteter
d) være i samme område
e) ha tette frekvenser

Se Svar

Alternativ e) har tette frekvenser

3. (ENEM 2013)

En vanlig manifestasjon av fans på fotballstadioner er den meksikanske olaen. Tilskuerne på en linje, uten å forlate plassen og uten å bevege seg sidelengs, står og sitte, synkronisert med de i den tilstøtende linjen. Den kollektive effekten sprer seg gjennom stadion tilskuere og danner en progressiv bølge, som vist i illustrasjonen.

Det anslås at forplantningshastigheten til denne “menneskelige bølgen” er 45 km / t, og at hver svingningsperiode inneholder 16 personer, som står opp og sitter pent og ligger i en avstand på 80 cm fra hverandre.
I denne meksikanske olaen er bølgefrekvensen, i hertz, en verdi nærmere

a) 0,3
b) 0,5
c) 1.0
d) 1.9
e) 3.7

Se Svar

Alternativ c) 1.0