25
Aby zrozumieć, czym jest fala, warto zapoznać się z jej właściwościami. Dostarczają one informacji o rodzaju fali i wyjaśniają jej zachowanie
Właściwości fal pomagają zrozumieć, czym jest fala
Fale są tworzone przez wibracje, które się rozprzestrzeniają lub gdy materia jest zakłócana przez inny ośrodek. Mogą one rozchodzić się spokojnie na powierzchni wody lub niszczyć całe regiony jako trzęsienia ziemi – w zależności od tego, ile energii przenoszą. Fale można jednak przewidzieć, znając ich właściwości.
- Istnieje szereg parametrów opisujących prędkość i intensywność fal. Obejmują one grzbiet fali, koryto fali, amplitudę, długość fali, różnicę dróg, częstotliwość, możliwe przesunięcie fazowe i prędkość fazową.
- Fale są wyświetlane graficznie jako krzywe sinusoidalne. Aby to zrobić, wyobraź sobie diagram ze współrzędnymi X i Y. X opisuje oś poziomą, Y oś pionową. W tej reprezentacji fala rozszerza się między punktami +1 i -1, tworząc znany wzór serpentyny.
- W tym przykładzie każda fala zaczyna się w punkcie zerowym osi x i przesuwa się do +1. Następnie spada do 0 i spada do -1 przed powrotem do punktu zerowego. Punkt, w którym fala osiąga +1, nazywany jest wierzchołkiem fali. Najniższe przedłużenie fali, tj. -1, jest jej dnem. Odległość przebyta przez falę między +1 a osią x lub -1 a osią x to amplituda. Odległość między punktem początkowym i końcowym fali nazywana jest długością fali
- Jeśli wykres przedstawia więcej niż jedną krzywą fali, długość fali mierzy również odległość między dwoma grzbietami fali lub dwoma korytami fali. W tej reprezentacji występuje więcej niż jedna krzywa, które są określane jako oscylacje. Oś x staje się osią t w tym modelu. Pokazuje czas, w którym fala wykonuje ile oscylacji, a tym samym definiuje częstotliwość.
- Prędkość, z jaką rozchodzi się fala, nazywana jest prędkością fazową. W zależności od częstotliwości różni się ona w zależności od przebytej odległości i wymaganego czasu. Im większa amplituda fali, tym dalej musi ona przebyć. Fale o małej amplitudzie przemieszczają się znacznie szybciej
- Odległość między dwoma identycznymi punktami, które znajdują się na różnych falach, to różnica chodu. Staje się to istotne, gdy kilka fal występuje z niewielkim przesunięciem względem siebie. To przesunięcie fazowe można rozumieć jako różnicę faz, ponieważ różnica między dwiema oscylacjami fazowymi jest obliczana jako różnica
Rodzaje fal i ich znaczenie
Wszystkie fale mają te same podstawowe właściwości. Niemniej jednak fale różnią się od siebie zachowaniem podczas oscylacji. Fale poprzeczne rozchodzą się w przestrzeni i oscylują pionowo. Są one również nazywane falami poprzecznymi. Tymczasem fale podłużne rozwijają się wzdłuż kierunku propagacji i oscylują w tym samym kierunku co fala.
- Przykładami fal poprzecznych są fale elektromagnetyczne. Występują one w świetle widzialnym, promieniowaniu rentgenowskim i mikrofalach. Na wykresie taka fala rozszerzałaby się w prawo. Kierunek jej oscylacji byłby pod kątem prostym, tj. poprzeczny do kierunku propagacji. Falę można rozpoznać po dużych ugięciach między grzbietem a korytem. Fale wodne również należą do tej kategorii.
- Fale podłużne to fale dźwiękowe. Powstają one w wyniku kompresji powietrza. Gdy źródło dźwięku wytwarza dźwięk, cząsteczki powietrza poruszają się do przodu i do tyłu w kierunku propagacji dźwięku. Powoduje to przenoszenie dźwięku. Charakteryzuje to również wibracje podłużne. Mowa jest przenoszona przez fale podłużne, podobnie jak dźwięki z głośników. Są one istotne w inżynierii akustycznej i badaniach ultrasonograficznych.
- Znajomość właściwości fal jest szczególnie ważna w badaniach nad trzęsieniami ziemi. Położenie epicentrum można określić analizując zarejestrowane fale pierwotne i wtórne. Fale pierwotne to fale podłużne, które mogą rozchodzić się w skałach, wodzie i płynnym wnętrzu ziemi. Natomiast fale wtórne to fale poprzeczne, które powstają tylko w ciałach stałych. Dlatego w badaniach nad trzęsieniami ziemi uproszczona zasada brzmi: tam, gdzie nie ma fal S, nie ma płynnych obszarów we wnętrzu Ziemi.
