Undersök vågrörelse i datorsimuleringar

Detta inlägg utgör basen till en laboration baserad på simuleringar.

Periodtid och frekvens

Rita en harmonisk våg (elongation som funktion av tid) med periodtiden 10 ms och 5 ms i ett samma diagram. Beräkna frekvensen på respektive våg. Hur kan utseendet på en våg med hög respektive låg frekvens beskrivas?

Vågens utbredningshastighet och hastighet på partiklar som undergår vågrörelse

I miniprogammet (”applet”) Transverse Waves (http://tinyurl.com/misc-wave-applets)

finns en fortskridande våg som man kan variera frekvens, amplitud. Undersök hur lång tid det tar för vågen att sprida sig genom strängen med olika frekvenser och olika amplituder. Gör samma sak för de i vågen ingående partiklarna.

Vad kan du dra för slutsats rörande vågens utbredningshastighet beroende på val av parametervärden för frekvens och amplitud?

Vad kan du dra för slutsats rörande partiklarnas hastighet beroende på val av parametervärden för frekvens och amplitud?

Superposition av pulser

I miniprogrammet Adding Transverse Waves (http://tinyurl.com/misc-wave-applets)

illustreras det som händer när två pulser möts på t ex en sträng. I den undersökning du ska göra, vilken går ut på att mäta amplituden och de olika delarnas läge (”nivå”) i den resulterande pulsen i förhållande till de båda framskridande pulserna, är det bäst att ha alternativet ”Pulse” markerat. Variera parametrarna ”Amplitude” och ”Phase”.

Vilken slutsats kan du dra rörande partiklarnas läge på den resulterande pulsen i förhållande till de båda framskridande pulserna?

Reflexion och transmission av pulser

I miniprogrammet Wave on a String (http://tinyurl.com/wave-on-a-string) kan enstaka pulser eller kontinuerlig vågrörelse studeras bl a med avseende på reflexion (det som sker när pulsen / vågen kommer in mot en fast eller lös ändpunkt). I dina försök skall parametern Damping vara inställd på 0 och vågtypen skall vara instäld på ”Pulse”.

Variera parametern ”Tension”. Vilken slutsats kan du dra rörande den fortskridande vågen av ökad respektive minskad spänning i tråden?

Ställ miniprogrammet på ”Fixed End”. Hur kan du beskriva den reflekterde pulsen i förhållande till den (mot ändpunkten) inkomna?

Ställ miniprogrammet på ”Loose End”. Hur kan du beskriva den reflekterde pulsen i förhållande till den (mot ändpunkten) inkomna?

I animeringen ”Transverse Waves – Reflexion & Transmission” (http://tinyurl.com/misc-wave-applets) kan man ställa in om vågen skall gå från ett tjockare (tätare) till ett tunnare medium och vice versa.

Pröva dessa alternativ och formulera en slutsats rörande vågens reflexion och fortsatta transmission!

Stående vågor

Om vi nu går från enstaka pulser som reflekteras till en kontinuerlig våg som ständigt reflekteras kan ett fenomen som kallas stående våg uppkomma. Se animering på http://tinyurl.com/standing-wave.

Den stående vågen (standing wave) är alltså den resulterande vågen av två ”gående” vågor (travelling waves) i motsatt riktning.

Försök att skapa en stående våg genom att variera inställningarna i miniprogrammet på
http://tinyurl.com/wave-on-a-string (ställ in på Oscillate). Kan du komma på ett villkor som rör våglängden i förhållande till strängens längd med fasta ändar?

Om vi tillför energi i till ett svängande system med den frekvens att det bildas en stående våg, kallas detta för resonansfrekvensen. Ett annat ord för resonans är självsvängning. Olika konstruktioner har sina resonansfrekvenser. Nedanstående videos visar en bro som kom i resonans pga vinden och ett vinglas som går sönder pga vibrationer som motsvarar dess resonansfrekvens.