Hullámmozgás Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete
A hullámmozgás fogalma • A rezgési energia térbeli továbbterjedését hullámmozgásnak nevezzük. • Hullámmozgáskor a közeg, vagy mező fizikai állapota megváltozik. • A közeg ami megváltozik lehet rugalmas közeg, elektromágneses mező, termikus állapot stb. • Ennek megfelelően a hullámokat csoportosíthatjuk úgy, mint mechanikai hullámok, ekkor a közeg rugalmas • Elektromágneses hullámok, ekkor a „közeg” elektromágneses mező. Stb.
Hullámok csoportosítása • A hullámokat csoportosíthatjuk aszerint is, hogy a változás időben és térben hogyan zajlik le. • Az az eset tárgyalható a legegyszerűbben, amikor a változás térben szinuszgörbével jellemezhető. Ezt harmonikus hullámoknak nevezzük.
Hullámok jellemzése • Tranzverzális hullám: a rezgés a hullám haladási irányára merőleges • Longitudinális hullám: a rezgés a hullám haladási irányával párhuzamos
Mechanikai és harmonikus hullámok jellemzése • A hullám lehet tranzverzális, vagy longitudinális.
• Amplitúdó: A hullámmozgásban részt vevő részecskék legnagyobb kitérésének a nagysága.
• Hullámhossz: A hullám térbeli periódusára jellemző mennyiség, ugyanabban a pillanatban azonos fázisban lévő pontok egymástól mért távolsága. Jele : λ Mértékegysége : m
• Periódusidő: a hullám időbeli ismétlődését jellemző mennyiség. Az az idő, amely alatt a hullám egy hullámhossznyi utat tesz meg.
• Rezgésszám: A hullámmozgásban részt vevő közeg pontjainak a rezgésszáma, amely megegyezik a hullámforrás rezgésszámával.
• A hullám terjedési sebessége: fázissebesség Egy közegen belül állandó, de különböző közegekben más és más. ds λ c= = =λ f dt T
Hullámok terjedése
Tranzverzális hullámok rezgéssíkja • A tranzverzális hullámok jellemezhetőek azzal a síkkal, amelyben a rezgések történnek. • Ha a rezgés egyetlen síkban zajlik le, és ez a sík nem változik, akkor síkban poláros hullámról beszélünk. • Ha a részecskék nem egyetlen síkban, hanem térben egy kör vagy ellipszis mentén „megcsavarodva” haladnak, körben, vagy elliptikusan poláros hullámról beszélünk.
Hullámok polarizációja • Ha körben vagy elliptikusan poláros hullámok közül egy kitüntetett síkot kiválasztunk, így egy síkban poláros hullámot hozunk létre.Ezt a jelenséget hullámok polarizációjának nevezzük. • Csak a tranzverzális hullámok polarizálhatóak.
Hullámok polarizációja
Hullámok új közeg határán • A hullámok sebessége függ a közegtől. • Hullámtanilag sűrűbb: amelyben a hullámok lassabban terjednek. • Hullámtanilag ritkább: amelyben a hullámok gyorsabban terjednek
• A hullámok rezgésszáma független a közegtől.
Hullámok törése, visszaverődése • A hullámok visszaverődésére és törésére a geometriai optikában már tanult törvények érvényesek.
Hullámok találkozása: interferencia • Vonal menti hullámok interferenciája: A keletkező hullám a találkozó hullámok szuperpozíciója ( összegzése ) révén jön létre. • Kitérése az egyes találkozó hullámok kitérésének előjeles összege. • Az azonos fázisban találkozó hullámok erősítik egymást. • Az ellentétes fázisban találkozó, azonos amplitúdójú hullámok kioltják egymást.
Hullámok interferenciája
Állóhullámok • Szembe haladó vonal menti hullámok találkozásakor jön létre. • Egyenlő távolságra csomópontok, és maximális amplitúdóval rezgő duzzadóhelyek alakulnak ki. • Két csomópont közötti szakaszban minden pont egyszerre, azonos fázisban rezeg. • Csomópontok közötti. Egymás melletti szakaszok ellentétes fázisban rezegnek. • A csomópontok és duzzadóhelyek mindig ugyanott maradnak.
Állóhullámok
Állóhullámok
Felületi hullámok interferenciája • Koherens hullámok hoznak létre interferenciát. λ • Erősítés: Δs = 2k
2
• Gyengítés: Δs = ( 2k + 1)
λ 2
Hullámelhajlás • Keskeny résen áthaladó hullám behatol az árnyéktérbe is. • Ha a rés kisebb mint a hullámhossz, a hullámelhajlás nagy mértékű.
Hullámelhajlás
Hanghullámok • A hang csak rugalmas közegben terjed. • Légüres térben nem terjed a hang.
• A hang longitudinális hullám. • Zenei hang: több harmonikus hangból összetett hang. • Zörej: nem periodikus hullám • Dörej: rövid lökésszerű hullám
• Hangmagasság: rezgésszám határozza meg • Hangköz, vagy oktáv: viszonylagos hangmagasság ( oktáv 2:1)
• Hangszín: az alaphanggal egy időben keltett felhangok határozzák meg
• Infrahang: 20Hz-nél kisebb rezgésszám • Ultrahang: 16 000 Hz-nél nagyobb rezgésszám
Doppler effektus • A megfigyelő az álló hangforrás felé közeledik:
f =
c±v
λ0
• +: közeledünk a hullámforráshoz • -: távolodunk a hullámforrástól
Doppler effektus • A megfigyelő áll, és a hullámforrás mozog:
c±v λ= f0 f = + : távolodás - : közeledés
f0 v 1± c
