Lained
Laine on leviv häire, mis kannab energiat ja impulssi, ilma et aine peaks lainega tervikuna kaasa liikuma. Perioodilise laine põhiseos on v = fλ. Allikas määrab sageduse, levimiskiirus sõltub peamiselt keskkonnast, mistõttu keskkonna vahetumisel muutub tavaliselt λ, mitte f.
Visuaalne mudel
Skeem on mõtteline; mõõtkavad ei ole sõnasõnalised.
Interaktiivne arvutus
Amplituud, periood ja faas
Amplituud on maksimaalne hälve, periood T ühe täistsükli aeg ja f = 1/T. Faas kirjeldab võnke asukohta tsüklis. Lihtsa siinilaine korral vastab kaugus λ/2 faasivahele π rad.
Iga rakenduse alguses tasub määratleda süsteem, alg- ja lõppolek ning ühikud. Mõõtmete kooskõla on tugev kontroll: liita saab ainult sama mõõtmega suurusi ning märgi valik peab vastama kokkulepitud füüsikalisele suunale. Nii saab vea avastada juba enne arvulise tulemuse hindamist.
Risti- ja pikilained
Ristlaines on lokaalne nihe levimissuunaga risti, pikilaines sellega paralleelne. Klassifikatsioon käib keskkonnaosakeste liikumise kohta, mitte selle järgi, kas joonisel on näha „laineline” kõver.
Valem ei asenda füüsikalist mudelit. Enne arvude sisestamist tuleb kontrollida, millised muutujad on püsivad, millised vastastikmõjud kuuluvad süsteemi ja kas kasutatav suurus on skalaar või vektor. Matemaatiliselt korrektne tehe võib muidu kirjeldada valet füüsikalist olukorda.
Superpositsioon ja interferents
Lineaarses keskkonnas liituvad eri lainete hälbed. Samafaasilised lained tugevdavad, vastasfaasilised võivad kustutada. Pärast kattumist jätkavad lained levimist oma omadustega.
Katsetes saadakse suurused lõpliku täpsusega mõõtmistest. Mõõteriista valik, kalibreerimine, soojus- või hõõrdekaod ja keskkonnatingimused mõjutavad tulemust. Rohkem komakohti kui lähteandmed õigustavad ei suurenda mõõtmise tegelikku informatsiooni.
Seisulained ja resonants
Mõlemast otsast kinnitatud keelel kehtib L = nλ/2 ja omasagedused fn = nv/(2L). Kui sundsagedus läheneb omasagedusele, võib amplituud oluliselt kasvada; see on resonants.
Igal lihtsal mudelil on kehtivuspiirkond. Tasub küsida, milline eeldus laguneb esimesena väga suure rõhu, kiiruse, sügavuse, temperatuuri või amplituudi korral. Piiride kirjeldamine kuulub mudeli juurde sama loomulikult nagu põhivõrrandi kasutamine.
Kiirus ja dispersioon
Laine levimiskiirus ei ole keskkonna osakeste kiirus. Dispergeerivas keskkonnas võivad eri sagedused levida erineva faasikiirusega ja lainepakett kuju muuta. Iga monokromaatse komponendi jaoks kehtib siiski v = fλ.
Lõpuks kontrollitakse suurusjärku ja piirjuhtu. Kui mõni parameeter nullida või kahekordistada, peab ennustatud muutus sobima kirjeldatud mehhanismiga. Selline kontroll paljastab sageli vale märgi, ühiku või võrdelisuse enne keerukamat arvutust.
Ülesanded
Ülesanne 1
f = 50 Hz ja λ = 0,80 m. Leia v.
Lahendus: 40 m·s⁻¹.
Ülesanne 2
T = 0,020 s. Leia f.
Lahendus: 50 Hz.
Ülesanne 3
Uues keskkonnas kiirus väheneb poole võrra, f jääb samaks. Mis juhtub λ-ga?
Lahendus: Lainepikkus väheneb poole võrra.