Mini-kurzus
Hullámok
A hullám térben terjedő zavar, amely energiát és információt vihet egyik helyről a másikra anélkül, hogy az anyag egészében ugyanoda vándorolna. Periodikus hullámnál a terjedési sebesség, frekvencia és hullámhossz kapcsolata v=fλ.
Mit mozgat egy mechanikai hullám?
Kötélen futó hullámban a kötél kis részei többnyire a nyugalmi helyzetük körül rezegnek, miközben a hullámalak tovahalad. Hanghullámban a közeg részecskéi sűrűsödéseket és ritkulásokat hoznak létre. Ezért tévedés a hullámsebességet az egyes részecskék haladási sebességével azonosítani: a minta terjed, miközben a közeg helyi mozgása rendszerint sokkal kisebb tartományú.
Frekvencia, periódusidő és hullámhossz
A frekvencia f azt mondja meg, másodpercenként hány teljes rezgés történik; mértékegysége a hertz. A periódusidő T=1/f. A hullámhossz λ két azonos fázisú, egymáshoz legközelebbi pont távolsága. Ha ugyanabban a közegben a hullámsebesség rögzített, nagyobb frekvenciához rövidebb hullámhossz tartozik. A forrás frekvenciája és a közeg terjedési tulajdonságai együtt határozzák meg a térbeli mintát.
Transzverzális és longitudinális
Transzverzális hullámban a rezgés iránya merőleges a terjedésre; feszes kötélen ez jól látható. Longitudinális hullámban a rezgés a terjedés irányával párhuzamos; a levegőben terjedő hang jó példa. Az elektromágneses hullámok transzverzálisak, és vákuumban is terjednek, ezért nem igényelnek anyagi közeget.
Szuperpozíció és interferencia
Lineáris közegben két hullám találkozásakor a pillanatnyi kitérések összeadódnak. Azonos fázisban erősítés, ellentétes fázisban gyengítés vagy teljes kioltás is létrejöhet. A hullámok az átfedés után továbbhaladhatnak eredeti alakjukat közel megőrizve. Ez különbözteti meg a szuperpozíciót attól az elképzeléstől, hogy a hullámok „összeütköznek és eltűnnek”.
Visszaverődés, törés és elhajlás
Határfelületnél a hullám egy része visszaverődhet, más része új közegbe léphet. Ha a terjedési sebesség változik, az irány is megváltozhat: ez a törés. Résen vagy akadály szélén a hullám elhajolhat, különösen akkor, ha a nyílás mérete összemérhető a hullámhosszal. Ezek nem különálló „trükkök”, hanem ugyanazon hullámtermészet következményei.
Energia és amplitúdó
Nagyobb amplitúdó általában nagyobb szállított energiával jár, de a pontos kapcsolat a hullámtípustól és a közegtől függ. Egyszerű lineáris hullámoknál az intenzitás gyakran az amplitúdó négyzetével arányos. Ezért az amplitúdó kétszerezése nem feltétlenül csak kétszeres energiaáramot jelent. A frekvencia pedig más módon is befolyásolhatja az energiaátadást.
Diszperzió
Nem minden közegben halad minden frekvencia ugyanazzal a sebességgel. Ha a sebesség frekvenciafüggő, diszperzióról beszélünk. Egy összetett impulzus ekkor terjedés közben megváltoztathatja az alakját, mert különböző frekvenciakomponensei eltérő ütemben haladnak. A prizmában szétváló fehér fény ennek optikai következménye.
Próbáld ki
Egy hullám frekvenciája 50 Hz, sebessége 200 m/s. Mekkora a hullámhossza?
Megoldás
λ=v/f=200/50=4,0 m. Ez azt jelenti, hogy a pillanatnyi hullámmintában két szomszédos azonos fázisú pont 4 méterre van egymástól.