Témy kodifikátora USE: mechanické vlny, vlnová dĺžka, zvuk.
mechanické vlny - ide o proces šírenia kmitov častíc elastického prostredia (tuhého, kvapalného alebo plynného) v priestore.
Prítomnosť elastických vlastností v médiu je nevyhnutnou podmienkou šírenia vĺn: deformácia, ku ktorej dochádza na akomkoľvek mieste, v dôsledku interakcie susedných častíc, sa postupne prenáša z jedného bodu média do druhého. Rôzne typy deformácií budú zodpovedať rôznym typom vĺn.
Pozdĺžne a priečne vlny.
Vlna je tzv pozdĺžne, ak častice média kmitajú rovnobežne so smerom šírenia vlny. Pozdĺžna vlna pozostáva zo striedajúcich sa ťahových a tlakových deformácií. Na obr. 1 je znázornená pozdĺžna vlna, ktorá je osciláciou plochých vrstiev média; smer, pozdĺž ktorého vrstvy kmitajú, sa zhoduje so smerom šírenia vlny (t. j. kolmo na vrstvy).
Vlna sa nazýva priečna, ak častice média kmitajú kolmo na smer šírenia vlny. Priečna vlna je spôsobená šmykovými deformáciami jednej vrstvy média voči druhej. Na obr. 2, každá vrstva kmitá pozdĺž seba a vlna sa pohybuje kolmo na vrstvy.
Pozdĺžne vlny sa môžu šíriť v tuhých látkach, kvapalinách a plynoch: vo všetkých týchto prostrediach dochádza k elastickej reakcii na stlačenie, v dôsledku čoho bude stláčanie a zriedenie prebiehať jedna po druhej.
Kvapaliny a plyny však na rozdiel od pevných látok nemajú elasticitu vzhľadom na šmyk vrstiev. Preto sa priečne vlny môžu šíriť v pevných látkach, ale nie vo vnútri kvapalín a plynov*.
Je dôležité si uvedomiť, že pri prechode vlny častice média oscilujú v blízkosti konštantných rovnovážnych polôh, teda v priemere zostávajú na svojich miestach. Vlna takto
prenos energie bez prenosu hmoty.
Najjednoduchšie na učenie harmonické vlny. Sú spôsobené vonkajším vplyvom prostredia, meniacim sa podľa harmonického zákona. Keď sa harmonická vlna šíri, častice média vykonávajú harmonické kmity s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii vonkajšieho pôsobenia. V budúcnosti sa obmedzíme na harmonické vlny.
Pozrime sa podrobnejšie na proces šírenia vlny. Predpokladajme, že nejaká častica média (častica ) začala oscilovať s periódou . Pôsobením na susednú časticu ju bude ťahať so sebou. Častica zase bude ťahať časticu so sebou atď. Vznikne tak vlna, v ktorej budú všetky častice oscilovať s periódou.
Častice však majú hmotnosť, t.j. majú zotrvačnosť. Zmeniť ich rýchlosť nejaký čas trvá. V dôsledku toho bude častica vo svojom pohybe trochu zaostávať za časticou , častica bude za časticou zaostávať atď. Keď častica po určitom čase dokončí prvé kmitanie a spustí druhé, častica sa nachádza v určitej vzdialenosti od častice , spustí svoju prvú osciláciu.
Takže po dobu rovnajúcu sa perióde oscilácií častíc sa porucha média šíri na vzdialenosť . Táto vzdialenosť je tzv vlnová dĺžka. Kmity častice budú totožné s kmitmi častice, kmity nasledujúcej častice budú zhodné s kmitmi častice atď. Oscilácie sa akoby reprodukujú na diaľku. perióda priestorovej oscilácie; spolu s časovým obdobím je najdôležitejšou charakteristikou vlnového procesu. V pozdĺžnej vlne sa vlnová dĺžka rovná vzdialenosti medzi susednými kompresiami alebo zriedeniami (obr. 1). V priečnom - vzdialenosť medzi susednými hrbolčekmi alebo priehlbinami (obr. 2). Vo všeobecnosti sa vlnová dĺžka rovná vzdialenosti (v smere šírenia vlny) medzi dvoma najbližšími časticami média, ktoré oscilujú rovnakým spôsobom (t. j. s fázovým rozdielom rovným ).
Rýchlosť šírenia vlny je pomer vlnovej dĺžky k perióde oscilácie častíc média:
Frekvencia vlny je frekvencia oscilácií častíc:
Odtiaľ dostaneme vzťah rýchlosti vlny, vlnovej dĺžky a frekvencie:
. (1)
Zvuk.
zvukové vlny v širšom zmysle sa nazývajú akékoľvek vlny šíriace sa v elastickom prostredí. V užšom zmysle zvuk nazývané zvukové vlny vo frekvenčnom rozsahu od 16 Hz do 20 kHz, vnímané ľudským uchom. Pod týmto rozsahom je oblasť infrazvuk, nad oblasťou ultrazvuk.
Hlavnými charakteristikami zvuku sú objem a výška.
Hlasitosť zvuku je určená amplitúdou kolísania tlaku vo zvukovej vlne a meria sa v špeciálnych jednotkách - decibelov(dB). Hlasitosť 0 dB je teda hranica počuteľnosti, 10 dB je tikanie hodín, 50 dB je bežný rozhovor, 80 dB je krik, 130 dB je horná hranica počuteľnosti (tzv. prah bolesti).
Tón - je to zvuk, ktorý telo vydáva a vytvára harmonické vibrácie (napríklad ladička alebo struna). Výška tónu je určená frekvenciou týchto kmitov: čím vyššia frekvencia, tým vyšší zvuk sa nám zdá. Ťahaním struny teda zvyšujeme frekvenciu jej kmitov a podľa toho aj výšku tónu.
Rýchlosť zvuku v rôznych médiách je rôzna: čím je médium pružnejšie, tým rýchlejšie sa v ňom šíri zvuk. V kvapalinách je rýchlosť zvuku väčšia ako v plynoch a v pevných látkach je väčšia ako v kvapalinách.
Napríklad rýchlosť zvuku vo vzduchu je približne 340 m/s (je vhodné si ju zapamätať ako „tretinu kilometra za sekundu“) *. Vo vode sa zvuk šíri rýchlosťou asi 1500 m/s a v oceli - asi 5000 m/s.
Všimni si frekvencia zvuk z daného zdroja vo všetkých médiách je rovnaký: častice média vytvárajú nútené oscilácie s frekvenciou zdroja zvuku. Podľa vzorca (1) potom usudzujeme, že pri prechode z jedného média do druhého sa spolu s rýchlosťou zvuku mení aj dĺžka zvukovej vlny.
vlnový proces- proces prenosu energie bez prenosu hmoty.
mechanická vlna- porucha šíriaca sa v elastickom prostredí.
Prítomnosť elastického prostredia je nevyhnutnou podmienkou šírenia mechanických vĺn.
K prenosu energie a hybnosti v médiu dochádza v dôsledku interakcie medzi susednými časticami média.
Vlny sú pozdĺžne a priečne.
Pozdĺžna mechanická vlna - vlna, pri ktorej dochádza k pohybu častíc média v smere šírenia vlny. Priečna mechanická vlna - vlna, pri ktorej sa častice média pohybujú kolmo na smer šírenia vlny.
Pozdĺžne vlny sa môžu šíriť v akomkoľvek prostredí. Priečne vlny sa nevyskytujú v plynoch a kvapalinách, pretože oni
neexistujú žiadne pevné polohy častíc.
Periodické vonkajšie pôsobenie spôsobuje periodické vlny.
harmonická vlna- vlna vznikajúca harmonickými vibráciami častíc média.
Vlnová dĺžka- vzdialenosť, na ktorú sa vlna šíri počas periódy kmitania jej zdroja:
rýchlosť mechanickej vlny- rýchlosť šírenia porúch v médiu. Polarizácia je usporiadanie smerov oscilácií častíc v médiu.
Rovina polarizácie- rovina, v ktorej kmitajú častice média vo vlne. Lineárne polarizovaná mechanická vlna je vlna, ktorej častice kmitajú v určitom smere (priamke).
Polarizátor- prístroj, ktorý vysiela vlnu určitej polarizácie.
stojatá vlna- vlna, ktorá vzniká superpozíciou dvoch harmonických vĺn, ktoré sa k sebe šíria a majú rovnakú periódu, amplitúdu a polarizáciu.
Antinody stojatej vlny- poloha bodov s maximálnou amplitúdou kmitov.
Uzly stojatej vlny- nehybné body vlny, ktorých amplitúda kmitania sa rovná nule.
Na dĺžku l struny pripevnenej na koncoch sa zmestí celé číslo n polovičných vĺn priečnych stojatých vĺn:
Takéto vlny sa nazývajú oscilačné režimy.
Režim kmitania pre ľubovoľné celé číslo n > 1 sa nazýva n-tá harmonická alebo n-tá podtón. Režim kmitania pre n = 1 sa nazýva prvý harmonický alebo základný režim kmitania. Zvukové vlny sú elastické vlny v médiu, ktoré vyvolávajú u človeka sluchové vnemy.
Frekvencia kmitov zodpovedajúcich zvukovým vlnám leží v rozsahu od 16 Hz do 20 kHz.
Rýchlosť šírenia zvukových vĺn je určená rýchlosťou prenosu interakcie medzi časticami. Rýchlosť zvuku v pevnom skupenstve v p je spravidla väčšia ako rýchlosť zvuku v kvapaline v l, ktorá zase prevyšuje rýchlosť zvuku v plyne v g.
Zvukové signály sú klasifikované podľa výšky tónu, farby a hlasitosti. Výška zvuku je určená frekvenciou zdroja zvukových vibrácií. Čím vyššia je frekvencia oscilácií, tým vyšší je zvuk; vibrácie nízkych frekvencií zodpovedajú nízkym zvukom. Zafarbenie zvuku je určené formou zvukových vibrácií. Rozdiel v tvare vibrácií s rovnakou periódou je spojený s rôznymi relatívnymi amplitúdami základného módu a podtónu. Hlasitosť zvuku je charakterizovaná úrovňou intenzity zvuku. Intenzita zvuku - energia zvukových vĺn dopadajúcich na plochu 1 m 2 za 1 s.
Vlny. Všeobecné vlastnosti vĺn.Mávať - ide o jav šírenia sa v priestore v čase zmeny (poruchy) fyzikálnej veličiny, ktorá so sebou nesie energiu.
Bez ohľadu na povahu vlny, prenos energie nastáva bez prenosu hmoty; to druhé sa môže vyskytnúť len ako vedľajší účinok. Prenos energie- zásadný rozdiel medzi vlnami a kmitmi, pri ktorých dochádza len k „miestnym“ premenám energie. Vlny sú spravidla schopné prekonať značné vzdialenosti od miesta svojho pôvodu. Z tohto dôvodu sa vlny niekedy označujú ako „ vibrácie oddelené od žiariča».
Vlny možno klasifikovať
Svojou povahou:
Elastické vlny - vlny šíriace sa v kvapalnom, pevnom a plynnom prostredí v dôsledku pôsobenia elastických síl.
Elektromagnetické vlny- šíriaci sa v priestore porucha (zmena skupenstva) elektromagnetického poľa.
Vlny na povrchu kvapaliny- zaužívaný názov pre rôzne vlny, ktoré sa vyskytujú na rozhraní medzi kvapalinou a plynom alebo kvapalinou a kvapalinou. Vlny na vode sa líšia základným mechanizmom kmitania (kapilárne, gravitačné atď.), čo vedie k rôznym zákonitostiam rozptylu a v dôsledku toho k rozdielnemu správaniu týchto vĺn.
Vzhľadom na smer oscilácie častíc média:
Pozdĺžne vlny -častice média oscilujú paralelný v smere šírenia vĺn (ako napr. v prípade šírenia zvuku).
Priečne vlny -častice média oscilujú kolmý smer šírenia vĺn (elektromagnetické vlny, vlny na separačných plochách médií).
a - priečny; b - pozdĺžne.
zmiešané vlny.
Podľa geometrie čela vlny:
Vlnová plocha (čelo vlny) je miestom bodov, do ktorých narušenie dosiahlo daný časový bod. V homogénnom izotropnom prostredí je rýchlosť šírenia vlny vo všetkých smeroch rovnaká, čo znamená, že všetky body čela kmitajú v rovnakej fáze, predná časť je kolmá na smer šírenia vĺn a hodnoty kmitania množstvo na všetkých miestach prednej časti je rovnaké.
plochý vlnovo - fázové roviny sú kolmé na smer šírenia vlny a navzájom rovnobežné.
guľovitý vlna - povrch rovnakých fáz je guľa.
Valcový vlna - povrch fáz pripomína valec.
Špirála vlna - vzniká, ak sa guľový alebo valcový zdroj / zdroje vlny v procese žiarenia pohybuje po určitej uzavretej krivke.
rovinná vlna
Vlna sa nazýva plochá, ak jej vlnové plochy sú roviny navzájom rovnobežné, kolmé na fázovú rýchlosť vlny. = f(x, t)).
Uvažujme rovinnú monochromatickú (jednofrekvenčnú) sínusovú vlnu šíriacu sa v homogénnom prostredí bez útlmu pozdĺž osi X.
,kde
Fázová rýchlosť vlny je rýchlosť povrchu vlny (predná časť),
- amplitúda vlny - modul maximálnej odchýlky meniacej sa hodnoty od rovnovážnej polohy,
– cyklická frekvencia, T – perióda oscilácií, – frekvencia vĺn (podobne ako pri osciláciách)
k - vlnové číslo, má význam priestorovej frekvencie,
Ďalšou charakteristikou vlny je vlnová dĺžka m, to je vzdialenosť, cez ktorú sa vlna šíri počas jednej periódy kmitania, má význam priestorovej periódy, je to najkratšia vzdialenosť medzi bodmi kmitajúcimi v jednej fáze. 
r 
Vlnová dĺžka súvisí s vlnovým číslom vzťahom , ktorý je podobný časovému vzťahu
Vlnové číslo súvisí s cyklickou frekvenciou a rýchlosťou šírenia vlny
X
r
r 
Obrázky znázorňujú oscilogram (a) a snímku (b) vlny s vyznačenými časovými a priestorovými periódami. Na rozdiel od stacionárnych oscilácií majú vlny dve hlavné charakteristiky: časovú periodicitu a priestorovú periodicitu.
Všeobecné vlastnosti vĺn:
Vlny nesú energiu.
2. Vlny vyvíjajú tlak na telesá (majú hybnosť).
3. Rýchlosť vlnenia v prostredí závisí od frekvencie vlnenia - disperzie.V tom istom prostredí sa teda vlny rôznych frekvencií šíria rôznou rýchlosťou (fázová rýchlosť). 
4. Vlny sa ohýbajú okolo prekážok - difrakcia.
K difrakcii dochádza, keď je veľkosť prekážky porovnateľná s vlnovou dĺžkou.
5. Na rozhraní medzi dvoma médiami sa vlny odrážajú a lámu.
Uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu a pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je pre tieto dve prostredia konštantná hodnota.
6. Keď sú koherentné vlny superponované (fázový rozdiel týchto vĺn v ktoromkoľvek bode je v čase konštantný), interferujú - vytvára sa stabilný obrazec interferenčných miním a maxím. 
Vlny a zdroje, ktoré ich vzrušujú, sa nazývajú koherentné, ak fázový rozdiel vĺn nezávisí od času. Vlny a zdroje, ktoré ich vzrušujú, sa nazývajú nekoherentné, ak sa fázový rozdiel vĺn mení s časom.
Rušiť môžu len vlny rovnakej frekvencie, pri ktorých dochádza k osciláciám v rovnakom smere (t. j. koherentné vlny). Rušenie môže byť buď stacionárne alebo nestacionárne. Len koherentné vlny môžu poskytnúť stacionárny interferenčný vzor. Napríklad dve sférické vlny na povrchu vody, šíriace sa z dvoch koherentných bodových zdrojov, vytvoria pri interferencii výslednú vlnu. Predná časť výslednej vlny bude guľa.
Keď vlny zasahujú, ich energie sa nesčítavajú. Interferencia vĺn vedie k prerozdeleniu energie oscilácií medzi rôzne blízko seba umiestnené častice média. To nie je v rozpore so zákonom zachovania energie, pretože v priemere pre veľkú oblasť priestoru sa energia výslednej vlny rovná súčtu energií interferujúcich vĺn.
Keď sú nekoherentné vlny superponované, priemerná hodnota druhej mocniny amplitúdy výslednej vlny sa rovná súčtu druhej mocniny amplitúd superponovaných vĺn. Energia výsledných kmitov každého bodu média sa rovná súčtu energií jeho kmitov, v dôsledku všetkých nesúvislých vĺn oddelene.
7. Vlny sú absorbované médiom. So vzdialenosťou od zdroja sa amplitúda vlny znižuje, pretože energia vlny sa čiastočne prenáša do média.
8. Vlny sú rozptýlené v nehomogénnom prostredí.
Rozptyl - poruchy vlnových polí spôsobené nehomogenitami média a rozptylovými predmetmi umiestnenými v tomto médiu. Intenzita rozptylu závisí od veľkosti nehomogenít a frekvencie vlny.
mechanické vlny. Zvuk. Zvuková charakteristika .
Mávať- porucha šíriaca sa v priestore.
Všeobecné vlastnosti vĺn:
niesť energiu;
mať hybnosť (vyvíjať tlak na telá);
na rozhraní dvoch médií sa odrážajú a lámu;
absorbované prostredím;
difrakcia;
rušenie;
disperzia;
Rýchlosť vĺn závisí od média, ktorým vlny prechádzajú.
Mechanické (elastické) vlny.
Špeciálny prípad mechanických vĺn - vlny na povrchu kvapaliny, vlny, ktoré vznikajú a šíria sa po voľnom povrchu kvapaliny alebo na rozhraní dvoch nemiešateľných kvapalín. Vznikajú pod vplyvom vonkajšieho vplyvu, v dôsledku čoho je povrch kvapaliny odstránený z rovnovážneho stavu. V tomto prípade vznikajú sily, ktoré obnovujú rovnováhu: sily povrchového napätia a gravitácie.
Mechanické vlny sú dvoch typov
Pozdĺžne vlny sprevádzané ťahovými a tlakovými deformáciami sa môžu šíriť v akomkoľvek elastickom prostredí: plynoch, kvapalinách a pevných látkach. Priečne vlny sa šíria v tých prostrediach, kde vznikajú elastické sily pri šmykovej deformácii, t.j. v pevných látkach.
Pre prax sú veľmi zaujímavé jednoduché harmonické alebo sínusové vlny. Rovnica rovinnej sínusovej vlny je:
- takzvaný vlnové číslo ,
– kruhová frekvencia ,
ALE - amplitúda oscilácie častíc.
Obrázok ukazuje "snímky" priečnej vlny v dvoch časových bodoch: t a t + Δt. Počas času Δt sa vlna posunula pozdĺž osi OX o vzdialenosť υΔt. Takéto vlny sa nazývajú putujúce vlny.
Vlnová dĺžka λ je vzdialenosť medzi dvoma susednými bodmi na osi OX, oscilujúcimi v rovnakých fázach. Vzdialenosť rovnajúca sa vlnovej dĺžke λ, vlna prechádza periódou T, preto
λ = υT, kde υ je rýchlosť šírenia vlny.
Pre akýkoľvek vybraný bod na grafe vlnového procesu (napríklad pre bod A) sa x-ová súradnica tohto bodu mení v priebehu času t a hodnota výrazu ωt – kx nemení. Po časovom intervale Δt sa bod A bude pohybovať pozdĺž osi OX o určitú vzdialenosť Δx = υΔt. teda: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = konšt. alebo ωΔt = kΔx.
To znamená:
Putujúca sínusová vlna má teda dvojitú periodicitu – v čase a priestore. Časová perióda sa rovná perióde oscilácie T častíc média, priestorová perióda sa rovná vlnovej dĺžke λ. Vlnopočet je priestorový analóg kruhovej frekvencie.
Zvuk.
Akýkoľvek oscilačný proces je opísaný rovnicou. Bol tiež odvodený pre zvukové vibrácie:
Základné charakteristiky zvukových vĺn
|
Subjektívne vnímanie zvuku (hlasitosť, výška tónu, farba) |
Objektívne fyzikálne vlastnosti zvuku (rýchlosť, intenzita, spektrum) |
Rýchlosť zvuku v akomkoľvek plynnom médiu sa vypočíta podľa vzorca:
β - adiabatická stlačiteľnosť média,
ρ - hustota.
Aplikácia zvuku
Sonary používané pod vodou sa nazývajú sonar alebo sonar (názov sonar je vytvorený zo začiatočných písmen troch anglických slov: zvuk - zvuk; navigácia - navigácia; dosah - dosah). Sonary sú nevyhnutné pre štúdium morského dna (jeho profilu, hĺbky), pre detekciu a štúdium rôznych objektov pohybujúcich sa hlboko pod vodou. S ich pomocou sa dajú ľahko odhaliť jednotlivé veľké predmety alebo zvieratá, ako aj kŕdle malých rýb alebo mäkkýšov.
Vlny ultrazvukových frekvencií sú široko používané v medicíne na diagnostické účely. Ultrazvukové skenery vám umožňujú skúmať vnútorné orgány človeka. Ultrazvukové žiarenie je pre človeka menej škodlivé ako röntgenové žiarenie.
Elektromagnetické vlny.
Ich vlastnosti.
elektromagnetická vlna je elektromagnetické pole šíriace sa v priestore v čase.
Elektromagnetické vlny môžu byť vybudené iba rýchlo sa pohybujúcim nábojom.
Existenciu elektromagnetických vĺn teoreticky predpovedal veľký anglický fyzik J. Maxwell v roku 1864. Navrhol nový výklad Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie a svoje myšlienky ďalej rozvíjal.
Akákoľvek zmena magnetického poľa generuje vírivé elektrické pole v okolitom priestore, časovo premenné elektrické pole generuje magnetické pole v okolitom priestore.
Obrázok 1. Striedavé elektrické pole vytvára striedavé magnetické pole a naopak
Vlastnosti elektromagnetických vĺn na základe Maxwellovej teórie:
Elektromagnetické vlny priečne – vektory a sú na seba kolmé a ležia v rovine kolmej na smer šírenia.
Obrázok 2. Šírenie elektromagnetickej vlny
Elektrické a magnetické polia v postupujúcej vlne sa menia v jednej fáze.
Vektory v postupujúcej elektromagnetickej vlne tvoria takzvaný pravý triplet vektorov.
Kmity vektorov a vyskytujú sa vo fáze: v rovnakom časovom okamihu, v jednom bode v priestore, dosahujú projekcie sily elektrického a magnetického poľa maximum, minimum alebo nulu.
Elektromagnetické vlny sa šíria v hmote s konečná rýchlosť
Kde - dielektrická a magnetická permeabilita média (od nich závisí rýchlosť šírenia elektromagnetickej vlny v médiu),
Elektrické a magnetické konštanty.
Rýchlosť elektromagnetických vĺn vo vákuu
Hustota toku elektromagnetickej energie
alebointenzita
J
nazývaná elektromagnetická energia prenášaná vlnou za jednotku času cez povrch jednotkovej plochy:
,
Nahradením výrazov pre , a υ a pri zohľadnení rovnosti objemových hustôt energie elektrického a magnetického poľa v elektromagnetickej vlne môžeme získať:
Elektromagnetické vlny môžu byť polarizované.
Rovnako aj elektromagnetické vlny majú všetky základné vlastnosti vĺn : nesú energiu, majú hybnosť, odrážajú sa a lámu na rozhraní dvoch prostredí, pohlcujú sa prostredím, vykazujú vlastnosti disperzie, difrakcie a interferencie.
Hertzove experimenty (experimentálna detekcia elektromagnetických vĺn)
Prvýkrát boli experimentálne študované elektromagnetické vlny
Hertz v roku 1888. Vyvinul úspešný návrh generátora elektromagnetických kmitov (Hertzov vibrátor) a metódu na ich detekciu rezonančnou metódou.
Vibrátor pozostával z dvoch lineárnych vodičov, na koncoch ktorých boli kovové guľôčky tvoriace iskrisko. Pri privedení vysokého napätia z indukcie na kostru preskočila v medzere iskra, ktorá medzeru skratovala. Pri jeho horení prebiehalo v obvode veľké množstvo kmitov. Prijímač (rezonátor) pozostával z drôtu s iskriskom. Prítomnosť rezonancie sa prejavila objavením sa iskier v iskrišti rezonátora v reakcii na iskru vznikajúcu vo vibrátore.
Hertzove experimenty teda poskytli pevný základ pre Maxwellovu teóriu. Ukázalo sa, že Maxwellom predpovedané elektromagnetické vlny sa v praxi realizujú.
PRINCÍPY RÁDIOVEJ KOMUNIKÁCIE
Rádiová komunikácia prenos a príjem informácií pomocou rádiových vĺn.
24. marca 1896 na stretnutí Fyzikálneho oddelenia Ruskej fyzikálnej a chemickej spoločnosti Popov pomocou svojich prístrojov jasne demonštroval prenos signálov na vzdialenosť 250 m, pričom vysielal prvý dvojslovný rádiogram na svete „Heinrich Hertz“.
SCHÉMA PRIJÍMAČA AS POPOV
Popov používal rádiotelegrafnú komunikáciu (prenos signálov rôzneho trvania), takúto komunikáciu je možné uskutočniť iba pomocou kódu. Ako zdroj rádiových vĺn bol použitý iskrový vysielač s Hertzovým vibrátorom a ako prijímač coherer, sklenená trubica s kovovými pilinami, ktorej odpor pri dopade elektromagnetickej vlny stokrát klesne. Aby sa zvýšila citlivosť koheréra, jeden z jeho koncov bol uzemnený a druhý bol pripojený k drôtu vyvýšenému nad Zemou, pričom celková dĺžka antény bola štvrtina vlnovej dĺžky. Signál vysielača iskier rýchlo klesá a nedá sa prenášať na veľké vzdialenosti.
Rádiotelefónna komunikácia (reč a hudba) využíva vysokofrekvenčný modulovaný signál. Nízkofrekvenčný signál (zvukový) nesie informácie, ale prakticky sa nevyžaruje a vysokofrekvenčný signál je dobre vysielaný, ale nenesie informácie. Modulácia sa používa na rádiotelefónnu komunikáciu.
Modulácia - proces vytvárania súladu medzi parametrami vysokofrekvenčného a nízkofrekvenčného signálu.
V rádiotechnike sa používa niekoľko typov modulácií: amplitúda, frekvencia, fáza.
Amplitúdová modulácia - zmena amplitúdy kmitov (elektrických, mechanických atď.), vyskytujúca sa pri frekvencii oveľa nižšej, ako je frekvencia samotných kmitov.
Vysokofrekvenčné harmonické kmitanie ω je modulované amplitúdou nízkofrekvenčným harmonickým kmitaním Ω (τ = 1/Ω je jeho perióda), t je čas, A je amplitúda vysokofrekvenčného kmitania, T je jeho perióda.
Schéma rádiovej komunikácie využívajúce signál AM
AM oscilátor
Amplitúda RF signálu sa mení podľa amplitúdy LF signálu, potom je modulovaný signál vysielaný vysielacou anténou.
V rádiovom prijímači prijíma prijímacia anténa rádiové vlny, v oscilačnom obvode sa v dôsledku rezonancie volí a zosilňuje signál, na ktorý je obvod naladený (nosná frekvencia vysielacej stanice), potom nízkofrekvenčná zložka. signálu.
Rádiový detektor
Detekcia – proces premeny vysokofrekvenčného signálu na nízkofrekvenčný signál. Signál prijatý po detekcii zodpovedá zvukovému signálu, ktorý pôsobil na mikrofón vysielača. Po zosilnení sa nízkofrekvenčné vibrácie môžu zmeniť na zvuk.
Detektor (demodulátor)
Dióda sa používa na usmernenie striedavého prúdu
a) signál AM, b) detekovaný signál
RADAR
Detekcia a presné určenie polohy objektov a rýchlosti ich pohybu pomocou rádiových vĺn je tzv radar . Princíp radaru je založený na vlastnosti odrazu elektromagnetických vĺn od kovov.
1 - otočná anténa; 2 - prepínač antény; 3 - vysielač; 4 - prijímač; 5 - skener; 6 - indikátor vzdialenosti; 7 - smerovka.
Pre radar sa používajú vysokofrekvenčné rádiové vlny (VHF), pomocou ktorých sa ľahko vytvára smerový lúč a výkon žiarenia je vysoký. V metrovom a decimetrovom rozsahu - mriežkové systémy vibrátorov, v centimetrovom a milimetrovom rozsahu - parabolické žiariče. Lokalizáciu je možné vykonávať v kontinuálnom (na detekciu cieľa), ako aj v pulznom režime (na určenie rýchlosti objektu).
Oblasti použitia radaru:
Letectvo, kozmonautika, námorníctvo: bezpečnosť premávky lodí za každého počasia a kedykoľvek počas dňa, zabránenie ich zrážke, bezpečnosť vzletu atď. pristátia lietadiel.
Vojna: včasná detekcia nepriateľských lietadiel alebo rakiet, automatické nastavenie protilietadlovej paľby.
Planetárny radar: meranie vzdialenosti k nim, špecifikovanie parametrov ich obežných dráh, určenie periódy rotácie, pozorovanie topografie povrchu. V bývalom Sovietskom zväze (1961) - radar Venuše, Merkúra, Marsu, Jupitera. V USA a Maďarsku (1946) - pokus o prijímaní signálu odrazeného od povrchu Mesiaca.
Telekomunikačná schéma sa v podstate zhoduje so schémou rádiovej komunikácie. Rozdiel je v tom, že na synchronizáciu činnosti vysielača a prijímača sa okrem zvukového signálu prenáša aj obraz a riadiace signály (zmena riadku a zmena rámca). Vo vysielači sú tieto signály modulované a vysielané, v prijímači sú zachytené anténou a idú na spracovanie, každý svojou vlastnou cestou.
Zvážte jednu z možných schém na konverziu obrazu na elektromagnetické oscilácie pomocou ikonoskopu:
Pomocou optického systému sa na mozaikové plátno premieta obraz, fotoelektrickým efektom získavajú tienisté bunky iný kladný náboj. Elektrónové delo generuje elektrónový lúč, ktorý prechádza cez obrazovku a vybíja kladne nabité bunky. Pretože každý článok je kondenzátor, zmena náboja vedie k objaveniu sa meniaceho sa napätia - elektromagnetickej oscilácie. Signál sa potom zosilní a privedie do modulačného zariadenia. V kineskopu sa video signál prevádza späť na obraz (rôznymi spôsobmi, v závislosti od princípu činnosti kineskopu).
Keďže televízny signál nesie oveľa viac informácií ako rádio, práca sa vykonáva pri vysokých frekvenciách (metre, decimetre).
Šírenie rádiových vĺn.
Rádiové vlny - je elektromagnetická vlna v rozsahu (10 4
Každá sekcia tohto sortimentu sa uplatňuje tam, kde možno najlepšie využiť jej výhody. Rádiové vlny rôznych rozsahov sa šíria na rôzne vzdialenosti. Šírenie rádiových vĺn závisí od vlastností atmosféry. Silný vplyv na šírenie rádiových vĺn má aj zemský povrch, troposféra a ionosféra.
Šírenie rádiových vĺn- ide o proces prenosu elektromagnetických kmitov rádiového dosahu v priestore z jedného miesta na druhé, najmä z vysielača do prijímača.
Vlny rôznych frekvencií sa správajú odlišne. Pozrime sa podrobnejšie na vlastnosti šírenia dlhých, stredných, krátkych a ultrakrátkych vĺn.
Šírenie dlhých vĺn.
Dlhé vlny (>1000 m) sa šíria:
Vo vzdialenostiach do 1-2 tisíc km v dôsledku difrakcie na guľovom povrchu Zeme. Schopný oboplávať zemeguľu (obrázok 1). Potom dochádza k ich šíreniu v dôsledku vodiaceho účinku sférického vlnovodu bez toho, aby sa odrážali.
Ryža. jeden Kvalita pripojenia:
stabilita príjmu. Kvalita príjmu nezávisí od dennej doby, roku, poveternostných podmienok.
Nevýhody:
Kvôli silnej absorpcii vlny pri jej šírení po zemskom povrchu je potrebná veľká anténa a výkonný vysielač.
Atmosférické výboje (blesky) rušia.
Použitie:
Dosah sa používa na rádiové vysielanie, na rádiotelegrafiu, rádionavigačné služby a na komunikáciu s ponorkami.
Existuje malý počet rádiových staníc, ktoré vysielajú presné časové signály a meteorologické správy.
Stredné vlny ( =100..1000 m) sa šíria:
Ako dlhé vlny sú schopné ohýbať sa okolo zemského povrchu.
Rovnako ako krátke vlny sa môžu opakovane odrážať od ionosféry.
Kvalita pripojenia:
Krátky komunikačný dosah. Stredné vlny sú počuteľné do vzdialenosti tisíc kilometrov. Existuje však vysoká úroveň atmosférického a priemyselného rušenia.
Používa sa na oficiálnu a amatérsku komunikáciu, ako aj hlavne na vysielanie.
Krátke vlny (=10..100 m) sa šíria:
Opakovane odrážané od ionosféry a zemského povrchu (obr. 2)
Kvalita pripojenia:
Kvalita príjmu na krátkych vlnách veľmi závisí od rôznych procesov v ionosfére spojených s úrovňou slnečnej aktivity, ročným obdobím a dennou dobou. Nie sú potrebné žiadne vysokovýkonné vysielače. Na komunikáciu medzi pozemnými stanicami a kozmickou loďou sú nevhodné, keďže neprechádzajú ionosférou.
Použitie:
Pre komunikáciu na veľké vzdialenosti. Pre televízne, rozhlasové vysielanie a rádiovú komunikáciu s pohyblivými predmetmi. Existujú rezortné telegrafné a telefónne rádiostanice. Tento rozsah je najviac „zaľudnený“.
Ultrakrátke vlny (
Niekedy sa môžu odrážať od oblakov, umelých satelitov Zeme alebo dokonca od Mesiaca. V tomto prípade sa komunikačný dosah môže mierne zvýšiť.
Príjem ultrakrátkych vĺn je charakterizovaný stálosťou počuteľnosti, absenciou slabnutia, ako aj znížením rôznych interferencií.
Komunikácia na týchto vlnách je možná len na viditeľnú vzdialenosť L(obr. 7).
Keďže ultrakrátke vlny sa za horizont nešíria, je potrebné vybudovať mnoho medziľahlých vysielačov – opakovačov.
Opakovač- zariadenie umiestnené v medziľahlých bodoch rádiových komunikačných liniek, zosilňuje prijaté signály a prenáša ich ďalej.
relé- príjem signálov v medziľahlom bode, ich zosilnenie a prenos rovnakým alebo iným smerom. Retransmisia je určená na zvýšenie dosahu komunikácie.
Existujú dva spôsoby prenosu: satelitné a pozemné.
satelit:
Aktívny reléový satelit prijíma signál pozemnej stanice, zosilňuje ho a prostredníctvom výkonného smerového vysielača vysiela signál na Zem rovnakým alebo iným smerom.
zem:
Signál sa prenáša do pozemnej analógovej alebo digitálnej rozhlasovej stanice alebo siete takýchto staníc a potom sa posiela ďalej rovnakým smerom alebo iným smerom.
1 - rádiový vysielač,
2 - vysielacia anténa, 3 - prijímacia anténa, 4 - rádiový prijímač.
Použitie:
Pre komunikáciu s umelými zemskými satelitmi a
VHF sú rozdelené do nasledujúcich rozsahov:
metrové vlny - od 10 do 1 metra, používa sa na telefonickú komunikáciu medzi loďami, loďami a prístavnými službami.
decimeter - od 1 metra do 10 cm, používa sa na satelitnú komunikáciu.
centimeter - od 10 do 1 cm, používané v radaroch.
milimeter - od 1cm do 1mm, používa sa najmä v medicíne.
Existencia vlny si vyžaduje zdroj kmitania a materiálne médium alebo pole, v ktorom sa táto vlna šíri. Vlny sú najrozmanitejšieho charakteru, ale riadia sa podobnými vzormi.
Podľa fyzickej povahy rozlišovať:
Podľa zamerania porúch rozlišovať:
|
Pozdĺžne vlny -
K posunu častíc dochádza v smere šírenia; pri stlačení je potrebné mať v médiu elastickú silu; môžu byť distribuované v akomkoľvek prostredí. Príklady: zvukové vlny  |
Priečne vlny -
K posunu častíc dochádza v smere šírenia; môže sa šíriť iba v elastických médiách; je potrebné mať v médiu šmykovú elastickú silu; sa môže šíriť iba v pevných médiách (a na rozhraní dvoch médií). Príklady: elastické vlny v šnúrke, vlny na vode
|
Podľa charakteru závislosti od času rozlišovať:
elastické vlny - mechanické posuny (deformácie) šíriace sa v elastickom prostredí. Elastická vlna je tzv harmonický(sínusový), ak vibrácie média zodpovedajúceho sú harmonické.
bežiace vlny - Vlny, ktoré nesú energiu vo vesmíre.
Podľa tvaru vlnovej plochy : rovinná, sférická, valcová vlna.
čelo vlny- miesto bodov, do ktorých oscilácie dosiahli daný časový bod.
vlnová plocha- ťažisko bodov oscilujúcich v jednej fáze.
Charakteristiky vlny
Vlnová dĺžka λ - vzdialenosť, na ktorú sa vlna šíri za čas rovnajúci sa perióde kmitania
Amplitúda vlny A - amplitúda kmitov častíc vo vlne
Rýchlosť vlny v - rýchlosť šírenia porúch v médiu
Obdobie vlny T - perióda oscilácie
Frekvencia vĺn ν - recipročné obdobie
Rovnica postupujúcej vlny
Pri šírení postupujúcej vlny sa poruchy média dostanú do ďalších bodov v priestore, pričom vlna prenáša energiu a hybnosť, ale neprenáša hmotu (častice média naďalej kmitajú na tom istom mieste v priestore).
kde v- rýchlosť , φ 0 - počiatočná fáza , ω – cyklická frekvencia , A- amplitúda
Vlastnosti mechanických vĺn
1. odraz vĺn – mechanické vlny akéhokoľvek pôvodu majú schopnosť odrážať sa od rozhrania medzi dvoma médiami. Ak mechanická vlna šíriaca sa v médiu narazí na nejakú prekážku na svojej ceste, potom môže dramaticky zmeniť povahu jej správania. Napríklad na rozhraní dvoch médií s rôznymi mechanickými vlastnosťami sa vlna čiastočne odráža a čiastočne preniká do druhého prostredia.
2. Lom vĺn – pri šírení mechanických vĺn možno pozorovať aj jav lomu: zmenu smeru šírenia mechanických vĺn pri prechode z jedného prostredia do druhého.
3. Vlnová difrakcia – odchýlka vĺn od priamočiareho šírenia, teda ich ohýbanie okolo prekážok.
4. Rušenie vĺn – pridanie dvoch vĺn. V priestore, kde sa šíri niekoľko vĺn, vedie ich rušenie k vzniku oblastí s minimálnymi a maximálnymi hodnotami amplitúdy oscilácie
Interferencia a difrakcia mechanických vĺn.
Vlna prebiehajúca pozdĺž gumičky alebo šnúrky sa odráža od pevného konca; to vytvára vlnu, ktorá sa pohybuje v opačnom smere.
Keď sú vlny superponované, je možné pozorovať jav interferencie. K javu interferencie dochádza pri superponovaní koherentných vĺn.
koherentný volalvlnyktoré majú rovnaké frekvencie, konštantný fázový rozdiel a oscilácie sa vyskytujú v rovnakej rovine.
rušenie je časovo konštantný jav vzájomného zosilňovania a tlmenia kmitov v rôznych bodoch prostredia v dôsledku superpozície koherentných vĺn.
Výsledok superpozície vĺn závisí od fáz, v ktorých sú kmity na seba superponované.
Ak vlny zo zdrojov A a B dorazia do bodu C v rovnakých fázach, potom sa oscilácie zvýšia; ak je v opačných fázach, tak dochádza k zoslabovaniu kmitov. V dôsledku toho sa v priestore vytvára stabilný vzor striedajúcich sa oblastí zosilnených a oslabených oscilácií.
Maximálne a minimálne podmienky
Ak sa kmity bodov A a B fázovo zhodujú a majú rovnaké amplitúdy, potom je zrejmé, že výsledné posunutie v bode C závisí od rozdielu medzi dráhami dvoch vĺn.
Maximálne podmienky
Ak sa rozdiel medzi dráhami týchto vĺn rovná celému číslu vĺn (t. j. párnemu počtu polvln) Δd = kλ , kde k= 0, 1, 2, ..., potom vzniká interferenčné maximum v mieste superpozície týchto vĺn.
Maximálny stav
: 
A = 2x0.
Minimálny stav
Ak sa dráhový rozdiel týchto vĺn rovná nepárnemu počtu polvln, potom to znamená, že vlny z bodov A a B prídu do bodu C v protifáze a navzájom sa vyrušia.
Minimálny stav:
Amplitúda výsledného kmitania A = 0.
Ak sa Δd nerovná celému počtu polvln, potom 0< А < 2х 0 .
Difrakcia vĺn.
Fenomén odchýlky od priamočiareho šírenia a zaobľovania prekážok vlnami je tzvdifrakcia.
Vzťah medzi vlnovou dĺžkou (λ) a veľkosťou prekážky (L) určuje správanie sa vlny. Difrakcia sa najzreteľnejšie prejaví, ak je dĺžka dopadajúcej vlny väčšia ako rozmery prekážky. Experimenty ukazujú, že difrakcia vždy existuje, ale za týchto podmienok sa stáva viditeľnou d<<λ , kde d je veľkosť prekážky.
Difrakcia je bežnou vlastnosťou vĺn akejkoľvek povahy, ktorá sa vyskytuje vždy, no podmienky na jej pozorovanie sú rôzne.
Vlna na vodnej hladine sa šíri smerom k dostatočne veľkej prekážke, za ktorou sa vytvára tieň, t.j. nie je pozorovaný žiadny vlnový proces. Táto vlastnosť sa využíva pri stavbe vlnolamov v prístavoch. Ak je veľkosť prekážky porovnateľná s vlnovou dĺžkou, potom bude za prekážkou vlna. Za ním sa vlna šíri, ako keby tam žiadna prekážka nebola, t.j. pozoruje sa difrakcia vĺn.
Príklady prejavu difrakcie . Za rohom domu počuť hlasný rozhovor, zvuky v lese, vlny na hladine vody.
stojaté vlny
stojaté vlny vznikajú sčítaním priamych a odrazených vĺn, ak majú rovnakú frekvenciu a amplitúdu.
V strune upevnenej na oboch koncoch vznikajú zložité vibrácie, ktoré možno považovať za výsledok superpozície ( superpozície) dve vlny šíriace sa v opačných smeroch a zažívajúce odrazy a spätné odrazy na koncoch. Vibrácie strún upevnených na oboch koncoch vytvárajú zvuky všetkých strunových hudobných nástrojov. Veľmi podobný jav nastáva pri zvuku dychových nástrojov, vrátane organových píšťal.
vibrácie strún. V napnutej strune upevnenej na oboch koncoch, keď sú vybudené priečne vibrácie, stojaté vlny a uzly by mali byť umiestnené v miestach, kde je šnúrka upevnená. Preto je struna vzrušená s znateľná intenzita len také vibrácie, ktorých polovica vlnovej dĺžky sa zmestí na dĺžku struny niekoľkonásobne celé číslo.
To naznačuje podmienku 
Vlnové dĺžky zodpovedajú frekvenciám 
n = 1, 2, 3...Frekvencie vn volal prirodzené frekvencie struny.
Harmonické vibrácie s frekvenciami vn volal vlastné alebo bežné vibrácie . Nazývajú sa aj harmonické. Vo všeobecnosti je vibrácia struny superpozíciou rôznych harmonických.
Rovnica stojatej vlny :
V bodoch, kde súradnice spĺňajú podmienku 
(n= 1, 2, 3, ...), celková amplitúda sa rovná maximálnej hodnote - tejto antinody
stojatá vlna. Súradnice antinode
: 
V bodoch, ktorých súradnice spĺňajú podmienku
(n= 0, 1, 2,…), celková amplitúda oscilácie sa rovná nule – Toto uzly stojatá vlna. Súradnice uzla: 
Vznik stojatých vĺn sa pozoruje pri interferencii postupujúcich a odrazených vĺn. Na hranici, kde sa vlna odráža, sa získa antinoda, ak je médium, od ktorého dochádza k odrazu, menej husté (a) a uzol sa získa, ak je hustejšie (b).
Ak uvažujeme putovná vlna , potom v smere jeho šírenia energia sa prenáša oscilačný pohyb. Kedy rovnaký nedochádza k stojatej vlne prenosu energie , pretože dopadajúce a odrazené vlny rovnakej amplitúdy nesú rovnakú energiu v opačných smeroch.
Stojaté vlny vznikajú napríklad v strune natiahnutej na oboch koncoch, keď sú v nej vybudené priečne vibrácie. Navyše v miestach upevnenia sú uzly stojatej vlny.
Ak sa vo vzduchovom stĺpci, ktorý je na jednom konci otvorený (zvuková vlna), vytvorí stojatá vlna, potom sa na otvorenom konci vytvorí antinoda a na opačnom konci sa vytvorí uzol.
Mechanická alebo elastická vlna je proces šírenia kmitov v elastickom prostredí. Napríklad vzduch začne oscilovať okolo vibrujúcej struny alebo kužeľa reproduktora – struna alebo reproduktor sa stali zdrojom zvukovej vlny.
Pre vznik mechanického vlnenia musia byť splnené dve podmienky - prítomnosť zdroja vlnenia (môže to byť akékoľvek kmitavé teleso) a elastického prostredia (plyn, kvapalina, pevná látka).
Zistite príčinu vlny. Prečo sa častice média obklopujúceho akékoľvek kmitajúce teleso tiež dostávajú do kmitavého pohybu?
Najjednoduchším modelom jednorozmerného elastického média je reťaz guľôčok spojených pružinami. Guľôčky sú modely molekúl, pružiny, ktoré ich spájajú, modelujú sily interakcie medzi molekulami.
Predpokladajme, že prvá gulička kmitá s frekvenciou ω. Pružina 1-2 je deformovaná, vzniká v nej elastická sila, ktorá sa mení s frekvenciou ω. Pod pôsobením vonkajšej periodicky sa meniacej sily začne druhá gulička vykonávať nútené kmitanie. Pretože vynútené oscilácie sa vždy vyskytujú pri frekvencii vonkajšej hnacej sily, frekvencia oscilácií druhej gule sa zhoduje s frekvenciou oscilácie prvej. K vynúteným osciláciám druhej gule však dôjde s určitým fázovým oneskorením vzhľadom na vonkajšiu hnaciu silu. Inými slovami, druhá gulička začne oscilovať o niečo neskôr ako prvá gulička.
Vibrácie druhej guľôčky spôsobia periodicky sa meniacu deformáciu pružiny 2-3, čo spôsobí rozkmitanie tretej gule atď. Všetky guľôčky v reťazci sa teda budú striedavo zapájať do kmitavého pohybu s frekvenciou kmitov prvej guľôčky.
Je zrejmé, že príčinou šírenia vĺn v elastickom prostredí je prítomnosť interakcie medzi molekulami. Frekvencia kmitov všetkých častíc vo vlne je rovnaká a zhoduje sa s frekvenciou kmitov zdroja vlny.
Podľa charakteru kmitov častíc vo vlne sa vlny delia na priečne, pozdĺžne a povrchové vlny.
AT pozdĺžna vlnačastice oscilujú v smere šírenia vlny.
Šírenie pozdĺžnej vlny je spojené s výskytom ťahovo-kompresnej deformácie v médiu. V natiahnutých oblastiach média sa pozoruje zníženie hustoty látky - riedenie. V stlačených oblastiach média naopak dochádza k zvýšeniu hustoty látky – k takzvanému zahusťovaniu. Z tohto dôvodu je pozdĺžna vlna pohyb v priestore oblastí kondenzácie a riedenia.
Ťahovo-kompresná deformácia sa môže vyskytnúť v akomkoľvek elastickom prostredí, takže pozdĺžne vlny sa môžu šíriť v plynoch, kvapalinách a pevných látkach. Príkladom pozdĺžnej vlny je zvuk.
AT šmyková vlnačastice kmitajú kolmo na smer šírenia vĺn.
Šírenie priečnej vlny je spojené s výskytom šmykovej deformácie v médiu. Tento druh deformácie môže existovať iba v pevných látkach, takže priečne vlny sa môžu šíriť iba v pevných látkach. Príkladom šmykovej vlny je seizmická S-vlna.
povrchové vlny vyskytujú na rozhraní medzi dvoma médiami. Oscilujúce častice média majú priečne, kolmé na povrch a pozdĺžne zložky vektora posunutia. Častice prostredia pri svojich osciláciách opisujú eliptické trajektórie v rovine kolmej na povrch a prechádzajú cez smer šírenia vĺn. Príkladom povrchových vĺn sú vlny na vodnej hladine a seizmické L - vlny.
Čelo vlny je ťažisko bodov dosiahnutých vlnovým procesom. Tvar čela vlny môže byť rôzny. Najbežnejšie sú rovinné, sférické a valcové vlny.
Všimnite si, že vlnoplocha je vždy umiestnená kolmý smer vlny! Všetky body čela vlny začnú oscilovať v jednej fáze.
Na charakterizáciu vlnového procesu sa zavádzajú tieto veličiny:
1. Frekvencia vĺnν je frekvencia oscilácií všetkých častíc vo vlne.
2. Amplitúda vlny A je amplitúda oscilácie častíc vo vlne.
3. Rýchlosť vlnyυ je vzdialenosť, cez ktorú sa vlnový proces (poruchy) šíri za jednotku času.
Pozor - rýchlosť vlny a rýchlosť oscilácie častíc vo vlne sú rôzne pojmy! Rýchlosť vlny závisí od dvoch faktorov: od typu vlny a od prostredia, v ktorom sa vlna šíri.
Všeobecný vzorec je nasledujúci: rýchlosť pozdĺžnej vlny v pevnej látke je väčšia ako v kvapaline a rýchlosť v kvapaline je zase väčšia ako rýchlosť vlny v plynoch.
Nie je ťažké pochopiť fyzický dôvod tejto pravidelnosti. Príčinou šírenia vĺn je interakcia molekúl. Prirodzene, porucha sa šíri rýchlejšie v prostredí, kde je interakcia molekúl silnejšia.
V tom istom médiu je pravidelnosť odlišná - rýchlosť pozdĺžnej vlny je väčšia ako rýchlosť priečnej vlny.
Napríklad rýchlosť pozdĺžnej vlny v pevnej látke, kde E je modul pružnosti (Youngov modul) látky, ρ je hustota látky.
Rýchlosť šmykovej vlny v pevnej látke, kde N je šmykový modul. Keďže pre všetky látky . Jedna z metód určenia vzdialenosti od zdroja zemetrasenia je založená na rozdiele rýchlostí pozdĺžnych a priečnych seizmických vĺn.
Rýchlosť priečnej vlny v napnutej šnúre alebo strune je určená ťahovou silou F a hmotnosťou na jednotku dĺžky μ:
4. Vlnová dĺžkaλ je minimálna vzdialenosť medzi bodmi, ktoré oscilujú rovnako.
Pre vlny pohybujúce sa po povrchu vody je vlnová dĺžka ľahko definovaná ako vzdialenosť medzi dvoma susednými hrbolčekmi alebo susednými priehlbinami.
V prípade pozdĺžnej vlny možno vlnovú dĺžku nájsť ako vzdialenosť medzi dvoma susednými koncentráciami alebo riedeniami.
5. V procese šírenia vĺn sú časti média zapojené do oscilačného procesu. Oscilujúce médium sa po prvé pohybuje, preto má kinetickú energiu. Po druhé, médium, cez ktoré vlna prechádza, je deformované, a preto má potenciálnu energiu. Je ľahké vidieť, že šírenie vĺn je spojené s prenosom energie do nevybudených častí média. Aby sme charakterizovali proces prenosu energie, predstavíme intenzita vĺn ja.
