Spotkania Z Fizyką Sprawdzian Drgania I Fale B

Drgania i fale to fundamentalne zjawiska w fizyce. Spotykamy je na co dzień, chociażby słuchając muzyki czy obserwując ruch wahadła.

Drgania

Drganie to ruch, który powtarza się w czasie wokół położenia równowagi. Wyobraźmy sobie huśtawkę. Rusza się ona tam i z powrotem wokół punktu, w którym spoczywa, czyli swojego położenia równowagi. To jest przykład drgania.

Drgania opisujemy kilkoma ważnymi parametrami. Okres drgań (T) to czas, w którym drganie wykonuje jeden pełny cykl. Mierzymy go w sekundach (s). Częstotliwość drgań (f) to liczba cykli drgań na sekundę. Mierzymy ją w hercach (Hz). Zachodzi prosta zależność: f = 1/T.

Ważnym pojęciem jest też amplituda drgań (A). To maksymalne wychylenie z położenia równowagi. Na przykład, jeśli huśtawka wychyla się maksymalnie o metr w jedną stronę od swojego położenia spoczynkowego, to amplituda drgań wynosi jeden metr.

Mamy różne rodzaje drgań. Drgania harmoniczne to najprostszy typ drgań. Opisuje je funkcja sinus lub cosinus. Przykładem jest drganie ciężarka zawieszonego na sprężynie, jeśli pominiemy opory ruchu. Z kolei drgania tłumione to drgania, w których amplituda maleje z czasem, na skutek działania sił oporu.

Fale

Fala to zaburzenie, które rozprzestrzenia się w przestrzeni i przenosi energię, ale nie przenosi materii. Wyobraźmy sobie kamień wrzucony do wody. Powstają fale, które rozchodzą się po powierzchni wody, ale to nie woda przemieszcza się wraz z falą na duże odległości.

Fale dzielimy na fale mechaniczne i fale elektromagnetyczne. Fale mechaniczne potrzebują ośrodka do rozchodzenia się. Przykładem jest fala dźwiękowa, która rozchodzi się w powietrzu. Fale elektromagnetyczne, takie jak światło, mogą rozchodzić się w próżni.

Fale mechaniczne dzielimy też na fale poprzeczne i fale podłużne. W falach poprzecznych kierunek drgań cząsteczek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali. Przykładem jest fala na sznurze. W falach podłużnych kierunek drgań cząsteczek ośrodka jest równoległy do kierunku rozchodzenia się fali. Przykładem jest fala dźwiękowa w powietrzu. Cząsteczki powietrza zagęszczają się i rozrzedzają wzdłuż kierunku rozchodzenia się dźwięku.

Podobnie jak drgania, fale charakteryzują się długością fali (λ), czyli odległością między dwoma sąsiednimi punktami fali, które znajdują się w tej samej fazie (np. między dwoma grzbietami). Mają też częstotliwość (f) i okres (T), które definiujemy podobnie jak w przypadku drgań. Prędkość fali (v) zależy od długości fali i częstotliwości: v = λf.

Zjawiska falowe są powszechne w naszym otoczeniu. Dźwięk to fala akustyczna, która pozwala nam słyszeć. Światło to fala elektromagnetyczna, która pozwala nam widzieć. Fale radiowe wykorzystywane są w komunikacji. Fale sejsmiczne wywołują trzęsienia ziemi.