Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Podélná vlna - vlna, ve které dochází k oscilacím ve směru jejího šíření.

Většinu vln pozorovaných v přírodě lze připsat jednomu ze dvou typů: příčným nebo podélným vlnám. Někdy je můžeme pozorovat současně, např. příčné vlnění na struně, kterou kytarista drnká, způsobí podélnou zvukovou vlnu v rezonátoru kytary.

Například erupci sopky doprovází příčná a podélná seismická vlna šířící se různou rychlostí, což je základem jedné z metod pro určení polohy místa erupce.

Jak se liší podélné vlny od příčných?

Podélné vlny jsou charakteristické tím, že způsobují v hmotném prostředí, ve kterém se šíří (vzduch, voda, krystal, atd.) posuny rovnoběžné se směrem vlny. Tento typ vlny bude probrán v tomto článku.

Když se v hmotném prostředí šíří mechanické vlnění, prvky média se pohybují. V závislosti na směru posunů spojených s tímto pohybem, vzhledem ke směru vlny, můžeme mluvit o dvou typech vln:

    Když je směr oscilace částic média rovnoběžný se směrem vlny, mluvíme o podélné vlně.
  1. Když je směr oscilace částic média kolmý ke směru vlny, mluvíme o vlně příčné.

Pokus-příklad: pozorování podélné vlny na pružině

Připravte dlouhé jaro. Můžete si vyrobit svůj vlastní navinutím dlouhého měděného drátu o průměru asi 1 mm kolem tyčinky na čištění zubů.Skvěle se k tomu hodí i hračková pružina. Položte pružinu vodorovně na dlouhý stůl a zajistěte ji na jednom konci. Držte druhý konec rukou a natáhněte pružinu (obr.1.).

    Rychle posuňte konec pružiny rovnoběžně s její délkou - doprava na obr. 1 - a rychle jej vraťte do původní polohy. Na co se díváš?
  1. Rytmicky pohybujte koncem pružiny tam a zpět. Jaká vlna se právě vytváří?
Rýže. 1. Pozorování podélné vlny na pružině

V experimentu pozorujeme specifický typ vlny: zhutňování a expanze se šíří podél pružiny. Poruchy pružiny jsou znázorněny na obrázcích 2 a 3. Aby byly obrázky lépe čitelné, jsou závity pružiny nahrazeny svislými čarami. Nedeformovaný systém je znázorněn v horní části obrázků. Pod ním je systém, ve kterém vlna funguje. Šipky ukazují offsety vybraných prvků systému.

Rýže. 2. Jednovlnný puls pozorovaný v experimentuRýže. 3. Harmonická vlna pozorovaná v experimentu

Poznámka: Pružné prvky se pohybují paralelně se směrem vlny. Taková vlna se nazývá podélná.

    Obrázek 2 ukazuje jednovlnný impuls skládající se z jedné komprese a jedné expanze. To odpovídá bodu 1 experimentu.
  1. Obrázek 3. ukazuje harmonickou vlnu skládající se z periodicky se opakujících kontrakcí a expanzí. To odpovídá bodu 2 experimentu. Pro popis podélných harmonických vln zavádíme stejné pojmy jako pro popis harmonických příčných vln: perioda T, frekvence f, amplituda A a vlnová délka λ. Vlnová délka této harmonické vlny λ je znázorněna na Obr. 3.

Podélné vlny v hmotném médiu

Výše jsme probrali jednoduché a „jednorozměrné“ modely podélných vln.Co je ale opravdu zajímavé, jsou vlny tohoto druhu šířící se v „trojrozměrných“ médiích. Příkladem jsou seismické vlny vznikající v zemské kůře při sopečných erupcích (tzv. P-vlny). Nevím, jestli tento fenomén budete muset někdy osobně zažít. Neustále se však setkáváte se zvukovými vlnami ve vzduchu a vodě (plyny a kapaliny). Jsou zdrojem lidského i zvířecího sluchu, proto se jim budeme věnovat trochu více.

Vraťme se k obr. 2. a představte si, že nezobrazuje závity pružiny, ale horizontální sloupec vzduchu, mentálně rozdělený na plátky. Každý z těchto plátků obsahuje stejné množství plynu. Pamatujte si: tlak v plynu závisí na objemu a s rostoucím objemem klesá. Uvažujme nyní tři takové sekce (obr. 4.), přičemž je pro jednoduchost považujme za krabice, které mají zpočátku stejný objem a stejný tlak. S tlakem souvisí síla, kterou plyn působí na plochu řezu.

Rýže. 4. Myšlenkový experiment popsaný v textu výše
    Nahoře ukazuje rovnovážný stav v nepřítomnosti vlny. Tlak v každém lalůčku je stejný. Levý plátek působí na střední plátek silou směřující doprava v důsledku působení plynu na povrch mezi plátky. Pravý řez působí na střední řez silou stejné velikosti, ale směřující doleva. Výslednice těchto sil je nula.
  1. Spodní část obrázku ukazuje příklad poruchy způsobené vlnou. Levý lalok se zúžil a tlak v něm vzrostl. Působí větší silou na střední lalok. Pravý lalok se rozšířil, tlak v něm klesl. Na střední lalůček působí menší silou. Výslednice těchto sil se již nerovná nule a směřuje doprava.

Je vidět, že posuny v plynu vytvořily nevyvážené síly. Výsledné síly budou zodpovědné za další posuny, které povedou k šíření podélné vlny.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Budova