Zjawiska falowe: czym są, przykłady, podsumowanie

Wszystkie zjawiska falowe istniejące w przyrodzie powstają w wyniku propagacji różnego rodzaju fal. Fale to bardzo specyficzne ruchy, charakteryzujące się impulsami lub kolejne impulsy, w których następuje wyłącznie propagacja energii.

Przeczytaj też: 5 rzeczy, które musisz wiedzieć o falach

Podsumowanie zjawisk falowych

• Zjawiska falowe składają się z fal i są niezwykle ważne dla rozwoju współczesnego społeczeństwa.
• Fale są formami propagacji energii.
• Zjawiska falowe charakteryzują się propagacją fal.
• Zjawiska falowe to:
  • odbicie: jest to właściwość związana z faktem, że zjawiska falowe są odbijane;
  • dyfrakcja: omijanie przeszkód jest właściwością zjawisk falowych;
  • załamanie: jest to właściwość zmiany prędkości propagacji zjawisk falowych;
  • polaryzacja: jest charakterystyką zjawisk falowych, które mają być odfiltrowane;
  • rezonans: ma miejsce, gdy częstotliwość drgań zjawiska falowego pokrywa się z naturalną częstotliwością drgań układu fizycznego;
  • dyspersja: jest właściwością łączenia zjawisk falowych, co powoduje zmianę prędkości fali wynikowej;
  • interferencja: jest to właściwość zjawisk falowych, które można dodawać lub zmniejszać.
• Światło słoneczne i dźwięk to przykłady fal o różnej naturze.

Czym są zjawiska falowe?

Zjawiska faliste są te, w których fizyczne zasady stojące za jego występowaniem to fale. Należy podkreślić, że w przyrodzie kilka zjawisk można scharakteryzować jako falowanie.

Na przykład, dźwięk, który słyszymy, gdy ktoś mówi, jest rodzajem fali. W tym przypadku słyszymy z powodu zakłóceń w cząsteczkach powietrza, które rozchodzą się do naszego ucha, w którym mamy strukturę zdolną do odbierania i rozpoznawania tego zakłócenia.

W przypadku kuchenka mikrofalowa, wykorzystywanego do celów mieszkalnych, mamy do czynienia z tworzeniem i propagacją innego rodzaju fali, odmiennej od fal dźwiękowych i charakteryzowanej jako fala elektromagnetyczna. Widzimy w dwóch wspomnianych przypadkach, że rodzaje fal, a tym samym związane z nimi zjawiska falowe, mają różną naturę.

Jakie rodzaje zjawisk falowych?

Nadal używając dwóch wspomnianych zjawisk falowych i w bardziej szczegółowy sposób, definiujemy zjawisko dźwięku jako zjawisko fal mechanicznych i mikrofal jako zjawisko fale elektromagnetyczne. Ale jaka jest różnica między dwiema naturami tych zjawisk? W pierwszym przypadku mamy do czynienia z falami dźwiękowymi.

TENs fale dźwiękowe koniecznie potrzebują środków do rozmnażania. Oznacza to, że możemy tylko słyszeć, ponieważ fala dźwiękowa potrzebuje powietrza do rozchodzenia się energia. W drugim przypadku mamy do czynienia z falami elektromagnetycznymi. Nie wymagają one środków materialnych do rozmnażania.

Innymi słowy, fale elektromagnetyczne przemieszczają się w próżni. Dlatego światło słoneczne może dotrzeć do Ziemi. Oczywiście nie możemy nie wspomnieć o tym, że fale elektromagnetyczne rozchodzą się również w ośrodkach materialnych.

Fale, zwłaszcza fale elektromagnetyczne, które są falami poprzecznymi, mają pewne ważne właściwości związane z niektórymi zjawiskami, na które są narażone.

• Odbicie: zjawisko, w którym odbijają się fale.
• Refrakcja: jest związany ze zmianą prędkości propagacji fali, gdy zmienia się ona z jednego ośrodka propagacji na inne.
• Polaryzacja: można rozumieć jako rodzaj filtra fal poprzecznych. Polaryzacja wybiera tylko jeden kierunek drgań spośród wszystkich kierunków drgań fali. Odbywa się to za pomocą polaryzatora, który przepuszcza wibracje tylko w jednym kierunku.
• Rozproszenie: związane z prędkością propagacji fal. W tym przypadku kilka fal o różnych prędkościach generuje falę wypadkową. Oznacza to, że prędkość propagacji powstałej fali zmienia się wraz z jej falami składowymi.
• Dyfrakcja: w nim fale krążą wokół obiektów, w tym dziur. Może to spowodować rozszerzenie lub rozproszenie fal podczas przechodzenia przez takie otwory.
• Ingerencja: dzieje się, gdy spotykają się dwie lub więcej fal rozchodzących się w przestrzeni. W takim przypadku nastąpi nakładanie się fal, co spowoduje powstanie fali wynikowej. W tym kontekście zakłócenia klasyfikujemy na dwa sposoby. Pierwsza, zwana interferencją konstruktywną, to sytuacja, w której wypadkowa amplituda fali jest sumą amplitud fal, które ją tworzą. Druga, nazywana interferencją destrukcyjną, to sytuacja, w której amplituda fali wynikowej jest różnicą amplitud fal, które ją tworzą.
• Rezonans: świadczy o falistym charakterze układów fizycznych. W tym kontekście oscylujące systemy odbierają wzbudzenia o częstotliwościach odpowiadających jednej z ich naturalnych częstotliwości oscylacji. W ten sposób system zaczyna oscylować z coraz większymi amplitudami.

Zobacz też: Co to są infradźwięki i ultradźwięki?

Przykłady zjawisk falowych

a) Mechaniczne zjawiska falowe

Oprócz przykładu fal dźwiękowych możemy tu wspomnieć o fale powstające na tafli jeziora kiedy rzucamy kamieniem lub jakimkolwiek przedmiotem. Ruch falowy skóra instrumentu perkusyjnego jest to również zjawisko fal mechanicznych. Ponadto podczas ćwiczeń fizycznych masz fale na linie. Oprócz tego w przyrodzie istnieje wiele innych zjawisk falowych, które pasują do tych cech, to znaczy takich, w których występują fale mechaniczne.

Fale na powierzchni jeziora spowodowane spadającą kroplą wody.

b) Zjawiska fal elektromagnetycznych

Są to zjawiska charakteryzujące się obecnością fal elektromagnetycznych. Oprócz mikrofal możemy wymienić fale radiowe; ty promień rentgenowski, do wykonywania diagnostycznych badań obrazowych; O podczerwień, mieć noktowizor; oraz zdecydowana większość zjawisk związanych ze światłem słonecznym, takich jak załamanie światła, odbicie światła i dyfrakcja.

Wysoce zaawansowane układy elektroniczne stosowane w urządzeniach do diagnostyki obrazowej, obiektach elektronika i sprzęt AGD również wpisują się w tego typu zjawisko, ponieważ jest to propagacja fali elektromagnetyczny. Oprócz oczywiście współpracy przy ciągłym rozwoju współczesnego społeczeństwa i podnoszeniu jakości życia ludzi.

Podsumowując, wszystkie te zjawiska, jak już wspomniano, opierają się na obecności zjawisk falowych elektromagnetyczny, charakteryzujący się rozchodzeniem się fal, a tym samym energii, bez konieczności korzystania z ośrodka materialnego dlatego.

Kuchenka mikrofalowa, służąca do podgrzewania żywności w domach.

Biorąc pod uwagę wyróżnione zjawiska wywołane falami, dla każdego przypadku mamy następujące przykłady:

• Odbicie: widzimy obraz, gdy stoimy przed lustrem właśnie dlatego, że odbija się światło, które jest poprzeczną falą elektromagnetyczną.
• Refrakcja: jako przykład mamy przypadek światła słonecznego. Kiedy przechodzi z powietrza do wody w basenie, jego prędkość propagacji maleje. Efektem tej zmiany jest to, że osoba znajdująca się poza basenem widzi obiekt wewnątrz basenu w zniekształcony sposób.
• Polaryzacja: wspominamy tutaj o przypadku okularów przeciwsłonecznych. Dobre soczewki przeciwsłoneczne działają jak polaryzatory światła. Oznacza to, że podczas ich używania Twoje oczy będą otrzymywać mniejsze natężenie światła, ponieważ pozostałe kierunki drgań światła nie mogą wychodzić poza soczewkę. To w rzeczywistości uzasadnia wysoką cenę okularów wykonanych z dobrych soczewek przeciwsłonecznych.
• Rozproszenie: dobrym przykładem może być rozproszenie fal na powierzchni jeziora, gdy zostanie w niego wrzucony kamień.
• Dyfrakcja: Sygnał bezprzewodowego internetu jest dobrym przykładem tego zjawiska. Można go rozpoznać przez telefon komórkowy, gdy jesteś w swoim pokoju, nawet z modemem na przykład w salonie. Tak więc sygnał bezprzewodowy jest poprzeczną falą elektromagnetyczną, która omija wszystkie ściany i drzwi w Twoim domu, docierając do sypialni.
• Ingerencja: jako przykład mamy obudowy telefonów komórkowych, które, gdy grają w pobliżu głośników, a nawet komputerów, mogą emitować rodzaj syczenia.
• Rezonans: jako przykład mamy żołnierzy maszerujących po moście. Jego częstotliwości chodu mogą odpowiadać naturalnym częstotliwościom drgań mostka. W takim przypadku amplituda powstającej fali rośnie coraz bardziej i konstrukcja mostu może nawet pęknąć.

Przeczytaj też: Jak powstaje tęcza?

Zjawiska falowe w życiu codziennym

W życiu codziennym zjawiska falowe są obecne przez cały czas, od kiedy się budzimy i możemy zobaczyć obiekty poprzez odbicie, dyfrakcję i załamanie świecący, aż do momentu, gdy idziemy spać, z produkcja ciepła przez nasz organizm pod przykrywką.

Ciepło jest również mechanicznym zjawiskiem falowym i dlatego potrzebuje materialnego ośrodka do rozchodzenia się. Oprócz tych i wymienionych w całym tekście, istnieje bardzo duża liczba zjawisk falowych, które pasują do wszystkich wymienionych cech.

Rozwiązane ćwiczenia dotyczące zjawisk falowych

Pytanie 1 - (IFGO) Fale to sposoby przenoszenia energii z jednego regionu do drugiego. Istnieją fale mechaniczne — które potrzebują środków materialnych do rozchodzenia się — oraz fale elektromagnetyczne — które mogą rozchodzić się zarówno w próżni, jak i w niektórych ośrodkach materialnych. O falach możemy słusznie stwierdzić, że

A) energia przenoszona przez falę elektromagnetyczną jest wprost proporcjonalna do częstotliwości tej fali.

B) dźwięk jest rodzajem fali elektromagnetycznej i dlatego może być przenoszony z jednej anteny na drugą, tak jak w transmisjach telewizyjnych i radiowych.

C) światło widzialne to fala mechaniczna, która rozchodzi się tylko poprzecznie.

D) istnieją fale elektromagnetyczne, które są widoczne dla ludzkich oczu, takie jak ultrafiolet, podczerwień i mikrofale.

E) Infradźwięki to fala elektromagnetyczna o częstotliwości poniżej słyszalnej.

Rezolucja

Alternatywa A. Dźwięk jest falą mechaniczną, a nie elektromagnetyczną. Światło jest falą elektromagnetyczną, a nie mechaniczną. Fale ultrafioletowe, podczerwone i mikrofalowe nie są widoczne gołym okiem. Infradźwięki to fala dźwiękowa, a więc mechaniczna.

pytanie 2 - (Fatec) Sprawdź właściwą alternatywę.

A) Fale radiowe to fale mechaniczne.

B) Każda fala poprzeczna jest elektromagnetyczna.

C) W odbiciu fali zmienia się jej długość i prędkość, ale jej częstotliwość zostaje zachowana.

D) Kiedy fala przechodzi z ośrodka bardziej załamującego do mniej załamującego, następuje zmiana długości fali, ale nie jej częstotliwości.

E) Fala rozchodząca się w próżni jest falą mechaniczną.

Rezolucja

Alternatywa D. Zjawisko falowe charakteryzujące się zmianą ośrodka, w którym propaguje się fala, nazywa się załamaniem. W nim następuje zmiana długości fali i prędkości, ale jej częstotliwość pozostaje stała.

Luiz Guilherme
Nauczyciel fizyki

Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fenomenos-ondulatorios.htm