Vågor
En våg är en störning som fortplantas. Energi och rörelsemängd kan förflyttas medan partiklar i mediet huvudsakligen svänger lokalt kring sina jämviktslägen. Amplitud, våglängd, frekvens, fas och hastighet är gemensamma begrepp.
Beskriv en periodisk våg
Våglängden λ är avståndet mellan motsvarande punkter i två följande cykler. Frekvensen f är cykler per sekund, perioden är T = 1/f och fortplantningshastigheten uppfyller v = fλ.
Amplituden är den största lokala avvikelsen från jämvikt och är inte samma sak som vågens hastighet.
Sambandet v=fλ skiljer tre roller åt: källan bestämmer frekvensen, mediet bestämmer utbredningshastigheten och våglängden anpassas så att de är förenliga. Vid en gränsyta kan därför f vara oförändrad medan v och λ ändras.
Transversella och longitudinella vågor
I en transversell våg är den lokala rörelsen vinkelrät mot fortplantningen, som på en spänd sträng. I en longitudinell våg är den parallell med fortplantningen; ljud i luft består av förtätningar och förtunningar.
Superposition och interferens
När vågor överlappar adderas förskjutningarna algebraiskt. Samma fas kan förstärka, motsatt fas kan minska eller helt släcka ut. Efter överlappningen fortsätter de enskilda vågorna att fortplantas.
Ett stabilt interferensmönster kräver en tillräckligt stabil fasrelation. Destruktiv interferens förstör inte energi; den omfördelar intensiteten mellan olika platser eller riktningar.
Reflexion och stående vågor
En infallande och en reflekterad våg kan bilda en stående våg med noder och bukar. För en sträng fixerad i båda ändar gäller λn = 2L/n och fn = nv/(2L).
Randvillkoren avgör vilka moder som är tillåtna.
Amplitud, energi och hastighet
Större amplitud betyder normalt mer transporterad energi men inte automatiskt högre våghastighet. På en sträng bestäms hastigheten främst av spänning och linjär massdensitet. I dispersiva medier kan hastigheten bero på frekvens.
Vid en gränsyta bestäms frekvensen fortfarande av källan; ändras hastigheten, ändras våglängden.
I många linjära vågsystem växer den transporterade energin ungefär med amplitudens kvadrat. En fördubblad amplitud kan därför ge fyrdubbel intensitet utan att utbredningshastigheten ändras.
Lösta exempel
Ljudets våglängd
f = 440 Hz, v = 343 m s⁻¹.
Lösning
λ = 343/440 = 0,780 m.
Period från frekvens
f = 25 Hz.
Lösning
T = 1/25 = 0,040 s.
Superposition
+3,0 cm och −1,2 cm samtidigt.
Lösning
Resultat = +1,8 cm.