Vlny sú poruchy, ktoré sa šíria vesmírom bez transportu hmoty, iba energie.
Prvok, ktorý spôsobuje vlnu, sa nazýva zdroj, napríklad kameň hodený do vôd rieky vytvorí kruhové vlny.
Kruhové vlny na povrchu kvapaliny
Príklady vĺn sú: morské vlny, rádiové vlny, zvuk, svetlo, röntgen, mikrovlnná rúra a iné.
Časť fyziky, ktorá študuje vlny a ich charakteristiky, sa nazýva vlnitá.
Charakteristika vĺn
Na charakterizáciu vĺn používame nasledujúce veličiny:
- Amplitúda: zodpovedá výške vlny vyznačenej vzdialenosťou medzi rovnovážnym (pokojovým) bodom vlny a vrcholom. Upozorňujeme, že „hrebeň“ označuje maximálny bod vlny, zatiaľ čo „údolie“ predstavuje minimálny bod.
- Dĺžka vlny: Predstavované gréckym písmenom lambda (λ), je to vzdialenosť medzi dvoma po sebe nasledujúcimi údoliami alebo hrebeňmi.
- Rýchlosť: reprezentovaná písmenom (v), rýchlosť vlny závisí od média, v ktorom sa šíri. Takže keď vlna zmení svoje propagačné médium, môže sa zmeniť aj jej rýchlosť.
- Frekvencia: predstavované písmenom (f), v medzinárodnom systéme sa frekvencia meria v hertzoch (Hz) a zodpovedá počtu vlnových kmitov v danom časovom intervale. Frekvencia vlny nezávisí od média šírenia, iba od frekvencie zdroja, ktorý vlnu produkoval.
- Časový priebeh: predstavované písmenom (T), perióda zodpovedá času vlnovej dĺžky. V medzinárodnom systéme sú jednotkami merania periódy sekundy (s).
Druhy vĺn
Pokiaľ ide o príroda, existujú dva typy vĺn:
- Mechanické vlny: na to, aby došlo k šíreniu, potrebujú mechanické vlny materiálne médium, napríklad zvukové vlny a vlny na špagáte.
- Elektromagnetické vlny: v tomto prípade nie je potrebné, aby pre šírenie vlny existovalo materiálne médium, napríklad rádiové vlny a svetlo.
Klasifikácia vĺn
Podľa smer šírenia vĺn, sú klasifikované do:
-
Jednorozmerné vlny: vlny, ktoré sa šíria jedným smerom.
Príklad: vlny na lane. -
dvojrozmerné vlny: vlny, ktoré sa šíria v dvoch smeroch.
Príklad: vlny šíriace sa na povrchu jazera. -
trojrozmerné vlny: vlny, ktoré sa šíria všetkými možnými smermi.
Príklad: zvukové vlny.
Vlny možno tiež klasifikovať podľa smer vibrácií:
-
Pozdĺžne vlny: vibrácia zdroja je paralelná s vlnovým posunom.
Príklad: zvukové vlny
-
Priečne vlny: vibrácie sú kolmé na šírenie vĺn.
Príklad: vlna na šnúrke.
Vzorce
Vzťah medzi obdobím a frekvenciou
Perióda je inverzná hodnota frekvencie.
Takto:
rýchlosť šírenia
Rýchlosť sa dá vypočítať aj ako funkcia frekvencie, pričom inverziou frekvencie sa nahradí perióda.
Máme:
Príklad
Aká je perióda a rýchlosť šírenia vlny, ktorá má frekvenciu 5 Hz a vlnovú dĺžku 0,2 m?
Pretože perióda je obrátenou frekvenciou, potom:
Na výpočet rýchlosti použijeme vlnovú dĺžku a frekvenciu, napríklad takto:
Zvlnené javy
Odraz
Vlna šíriaca sa v určitom prostredí pri narážaní na prekážku môže utrpieť odraz, to znamená obrátiť smer šírenia.
Po odraze sa vlnová dĺžka, rýchlosť šírenia a frekvencia vlny nemenia.
Príkladom je, keď človek kričí v údolí a o niekoľko sekúnd počuje ozvenu jeho hlasu.
Odrazom svetla môžeme vidieť náš vlastný obraz na leštenom povrchu.
Obrázok odrážajúci sa na pokojnej hladine jazera
Lom
Lom je jav, ktorý sa stane, keď vlna zmení médium šírenia. V takom prípade môže dôjsť k zmene hodnoty rýchlosti a smeru šírenia.
Vlny na pláži sa lámu rovnobežne s pobrežím v dôsledku lomu. Zmena hĺbky vody (rozmnožovacie médium) spôsobí zmenu smeru vĺn, čo ich urobí rovnobežnými s pobrežím.
Difrakcia
Vlny obchádzajú prekážky. Keď sa to stane, hovoríme, že vlna bola ohnutá.
Difrakcia nám umožňuje počuť napríklad osobu na druhej strane steny.
Pri prechode prekážkou sú vlny rozptýlené.
Rušenie
Keď sa dve vlny stretnú, dôjde k interakcii medzi ich amplitúdami, ktorá sa nazýva interferencia.
Rušenie môže byť konštruktívne (zvýšená amplitúda) alebo deštruktívne (znížená amplitúda).
stojace vlny
Stojaté vlny sa vyskytujú zo superpozície rovnakých periodických vĺn a z opačných smerov.
Keď dôjde ku konštruktívnemu a deštruktívnemu rušeniu, predstavujú body, ktoré vibrujú, a ďalšie, ktoré nevibrujú.
Stojaté vlny môžeme vytvárať na strune s pevnými koncami, napríklad na strunách gitary.
Vedieť všetko o:
- Zvukové vlny
- Rýchlosť zvuku
- Rýchlosť svetla
- Energie
- gravitačné vlny
- Fyzikálne vzorce
Cvičenie na prijímaciu skúšku
1. (ENEM - 2016)
Elektrokardiogram, vyšetrenie, ktorým sa hodnotí stav srdca pacienta, je záznamom elektrickej aktivity srdca za určité časové obdobie. Obrázok predstavuje elektrokardiogram odpočinutého nefajčiaceho dospelého pacienta v príjemnom prostredí s teplotou. Za týchto podmienok sa srdcová frekvencia medzi 60 a 100 údermi za minútu považuje za normálnu.
Na základe predloženého elektrokardiogramu sa zistí, že srdcová frekvencia pacienta je
nenormálne.
b) nad ideálnu hodnotu
c) pod ideálnou hodnotou
d) blízko dolnej hranice
e) blízko hornej hranice
Alternatíva c) pod ideálnou hodnotou
2. (ENEM 2013)
Pri cestovaní lietadlom sa od cestujúcich vyžaduje vypnutie všetkých prístrojov, ktorých činnosť spočíva v emisii alebo príjme elektromagnetických vĺn. Postup sa používa na vylúčenie zdrojov žiarenia, ktoré by mohli rušiť rádiovú komunikáciu pilotov s riadiacou vežou.
Vlastnosťou emitovaných vĺn, ktorá odôvodňuje prijatý postup, je skutočnosť, že
a) majú opačné fázy
b) byť obaja počuteľní
c) majú inverzné intenzity
d) byť rovnakého rozsahu
e) majú blízke frekvencie
Alternatívne e) majú blízke frekvencie
3. (ENEM 2013)
Spoločným prejavom fanúšikov na futbalových štadiónoch je mexická ola. Diváci čiary, bez opustenia svojho miesta a bez laterálneho pohybu, stoja a sedia synchronizovane s divákmi susednej čiary. Kolektívny efekt sa šíri divákmi štadióna a vytvára progresívnu vlnu, ako je to znázornené na ilustrácii.
Odhaduje sa, že rýchlosť šírenia tejto „ľudskej vlny“ je 45 km / h a že každá perióda kmitania obsahuje 16 ľudí, ktorí vstávajú a sedia úhľadne a sú od seba vzdialení 80 cm.
V tejto mexickej ole je vlnová frekvencia v hertzoch hodnotou bližšie k
a) 0,3
b) 0,5
c) 1,0
d) 1.9
e) 3.7
Alternatíva c) 1.0
