Vågrörelse – grunder

Fysik B - NV08FMTPulser

Den första typen av puls man kanske kommer i kontakt med under ”aktiva” experiment är kanske de man kan skapa på en lina genom att ”slå till” på den. Det är ganska roligt att betrakta hur pulsen sprider sig utefter linan, för att slutligen försvinna.

Några animeringar på pulser och vågrörelse med förklaringar finns på denna sida.

Man skiljer alltså på transversell- och longitudinell vågrörelse. I en transversell vågrörelse sker själva rörelsen vinkelrätt mot utbredningsriktningen. Den hastighet som pulsen framskrider med kallas pulsens utbredningshastighet. För longitudinella vågrörelser gäller att partiklarnas rörelseriktning är i samma (längd)riktning som vågens utbredningsriktning. Ljud sprids genom longitudinella pulser.

Periodiska vågor

Skillnaden mellan en periodisk våg (som kapitlet i huvudsak handlar om) och en puls är att en puls är en störning som sprider sig genom ett medium, medan en en periodisk våg är jämnt upprepade störningar på mediet. Den typ av periodiska vågor vi mest kommer att ha att göra med är harmoniska vågor. Dessa karaktäriseras av att de är skapade (eller kan tänkas vara skapade) ur en cirkelrörelse. Se denna länk – lägg särskilt märke till den roterande skivan som skapar pulserna / vågorna.

I och med att den harmoniska vågrörelsen har ”samma sorts ursprung” som t ex  en svängande pendel används delvis samma terminologi vid beskrivning av dem (periodtid och frekvens), men även samma matematik för att beskriva läget på en puls / våg vid ett givet ögonblick. Denna matematik omfattar bl a addition av sinusfunktioner, vilka vi inte kommer att fördjupa oss i, utan bara att använda resultatet från.

Viktiga begrepp rörande periodiska vågor

Som tidigare nämnts är periodtid och frekvens grundläggande begrepp för en våg. Man kan titta på en våg med två olika ”glasögon”; nämligen en partikels läge på en våg vid en given tidpunkt (läget som funktion av tiden), men också själva vågens är utbredning. I det första fallet är tiden den oberoende variabeln (det är t ex användbart för att illustrera periodtiden) medan i det andra fallet är läget på själva vågen den oberoende variabeln (vilket t ex är användbart för att illustrera våglängden).  Nedanstående bild visar de olika sätten. Periodtiden betecknas T och våglängden betecknas λ (vilket är grekiska alfabetets ”lambda”, som har en motsvarighet i latinska alfabetets l). Amplituden på vågen betecknas A.

Den undre bilden visar vågen vid  ett givet ögonblick. På samma sätt som den allra översta bilden (transversell puls) och videoklippet ”CreationOfHarmonicWave” ovan visar en framskridande puls, kommer även alla denna våg att skrida framåt. Alltså kommer (t ex) topparna på vågen att befinna sig på olika ställen beroende på i vilket ögonblick som vågen iakttas. Den övre bilden däremot visar var en partikel som följer vågrörelsen befinner sig vid olika tidpunkter (jämför bilden ovan ”Partikel som påverkas av transversell puls”). 

De båda sätten att se på vågen är kopplade till varandra enligt följande: en våglängd (λ) tar tiden T att tillryggalägga i vågens framfart. Det ger, om vågens utbredningshastighet betecknas med v, sambandet

\lambda=v\cdot T

eller, givet att frekvensen f=\frac{1}{T}

\lambda=\frac{v}{f}

Viktigt: En vågs frekvens förändras enbart om frekvensen hos det som ger upphov till vågen förändras. Våglängden kommer däremot att förändras om mediet en våg sprider sig genom förändrar sig så att vågen sprids med en annan hastighet. Detta är orsaken till att ljus (som ju är en våg) ändrar färdriktning då en stråle går från t ex luft till vatten (mer om det i ett senare avsnitt). Eller att vattenvågor, orsakade t ex av jordbävningar, ändrar avstånd mellan våtgtopparna när de kommer in mot grunt vatten från djupt vatten (vågorna har nämligen lägre utbredningshastighet på grunt vatten än på djupt).

Vågrörelse – grunder

Kommentera