1.3 Uppkomsten av mekanisk vågrörelse

Transkript

1 1.3 Uppkomsten av mekanisk vågrörelse För att en mekanisk vågrörelse skall kunna uppstå, behövs ett medium, något som rörelsen kan framskrida i. Det kan vara vatten, luft, ett bord, jordskorpan, i princip vad som helst som innehåller materia. Vågrörelsens utgångspunkt är någon punkt i mediet där mediets partiklar periodiskt rubbas ur sitt jämviktläge. Denna störning rör sig vidare i mediet, om partiklarna är sammanbundna med varandra. Puls: En ensam störning som rör sig i mediet. Flera pulser som rör sig efter varandra bildar en mekanisk vågrörelse partiklarna i mediet rör sig som oscillatorer, och genom kontakt med andra partiklar förs rörelsen vidare. Det finns två grundtyper av mekanisk vågrörelse: Transversell vågrörelse: Vågens generella rörelseriktning är vinkelrät mot störningarna, vilka uppträder som vågtoppar och vågdalar. Oscillatorerna i mediet rör sig vinkelrätt mot vågens riktning. Longitudinell vågrörelse: Vågens generella rörelse är parallel med störningarna, vilka uppträder som förtätningar och förtunningar. Oscillatorerna rör sig parallellt med vågens riktning.

2 Grundbegrepp vid vågrörelse: Oberoende av vilken typ det är, finns vissa grundbegrepp man MÅSTE kunna då det gäller vågrörelse: Vågtopp/förtätning, vågdal/förtunning Amplitud Avståndet mellan jämviktsläget och vågtoppen/förtätningen. Fas: Den position oscillatorerna i mediet befinner sig i partiklarna i mediet rör sig hela tiden i harmonisk svängningsrörelse. Den momentana fasen är oscillatorns läge och rörelseriktning vid en viss tidpunkt. Våglängd, λ (lambda): Avståndet mellan två oscillatorer som är i samma fas t.ex. mellan två vågtoppar, eller mellan två förtätningar. Period,T: Tiden för en oscillator i mediet att uföra en hel svägning. Kan också ses som tiden det tar för två vågtoppar att passera samma punkt i mediet. Frekvens, f: Antal svängningar en oscillator i mediet utför per sekund, alternativt hur många vågtoppar som passerar per sekund

3 Ex. 5 Vad är vågrörelsens period och frekvens?

4 1.4 Mekaniska vågors utbredning Vågrörelsens grundekvation: Vågorna rör sig i mediet med en hastighet v, som är beroende av våglängden och vågrörelsens frekvens f. Ju större våglängd och ju större frekvens, desto större hastighet. "Stora steg snabbt ger hög fart!" v = λf (4) Allmänt: Ju fastare ämne, desto snabbare rör sig en mekanisk vågrörelse, eftersom kopplingarna mellan partiklarna är mycket fasta och kan riktas åt alla håll. I vätskor och gaser kan endast longitudinell vågrörelse förekomma partiklarna kan inte "dra" varandra, endast "skuffa". OBS! Vattnets ytvågor är inte transversell vågrörelse, se s.21. Frekvensen och svängningstiden hos vågrörelse beror på vågkällan, där rörelsen startar. Våglängden beror på frekvensen och utbredningshastigheten enligt grundekvationen.

5 Några begrepp: Vågfront: Ett område som sammanbinder alla oscillatorer i samma fas i ett medium. Normalen till fronten visar vart vågen är på väg. Frontens hastighet är densamma som för vågen. Tredimensionella vågor: Utgår från en punktformig vågkälla i ett medium som en sfär, eller som en tvådimensionell vågfront från en tvådimensionell vågkälla jpg F AC5C 71919B73FD62/0/MEC_WCDD_Fig1b.jpg gun shock wave.gif Vågrörelsens energi: Eftersom oscillatorerna rör sig, har de också rörelseenergi, som de fått från vågkällan. Denna transporteras vidare i mediet. På grund av rörelsen värms mediet upp en del av rörelseenergin absorberas av mediet som värme. Vågrörelsens rörelseenergi minskar och vågrörelsen dämpas.

6 Ex. 5 Ljusets våglängd är m. Ljuset utför 5.0 svängningar på sekunder. Vad är ljusets våghastighet? Läs sid.17 21, Lös uppgifter 1 23, 1 25, 1 27