Några noteringar och länkar kring vågutbredning

Fysik B - NV09FMTTemat för dagens lektion är vågutbredning. Vi känner ju till att t ex ljud reflekteras mot fasta föremål. Ljud är en vågrörelse i luften, och faktum är att all mekanisk vågrörelse reflekteras vid övergång mellan olika medier, eller när vågorna träffar på något fast föremål. Men hur sker då reflexionen?

Jag har ännu inte hittat någon bra animering, eller hunnit med att skapa en bildserie, för hur reflexionen går till, så vi får hålla tillgodo med vad boken (Heureka! B) erbjuder på sid. 30. Denna Java-applet illustrerar såväl brytning och reflexion av vågor som passerar gränsskiktet mellan två medier (alltså där utbredningshastigheten hos vågorna skiljer sig). Jag kommer att förklara innebörden av denna bildserie på lektionen, men en detalj vill jag notera även här: utbredningsriktningen för vågfronten sker vinkelrätt mot själva frontens orientering. Detta kommer vi också att ha nytta av i uppgiften 2.33. En intressant iakttagelse är att reflexionslagen för plana vågor kan tecknas på samma sätt som reflexionslagen vi kom i kontakt med under stråloptiken: den vinkel under vilken reflexion sker är densamma som den vinkel som vågen faller in med mot hindret (man brukar räkna dessa vinklar mot normalen för hindret).

Ett annat viktigt begrepp är refraktion. Vi känner ju till sambandet mellan en vågs utbredningshastighet, dess frekvens och dess våglängd. Det kan tecknas som

v=f\cdot\lambda

Givet en vågkälla med konstant frekvens, kan t ex vara en jordbävning eller någon annan regelbunden störning, så syns att en lägre utbredningshastighet ger en kortare våglängd. Om en våg transporteras genom medier med olika hastighet kommer detta att få inverkan på våglängden.

Refraktionsfenomen är också viktiga för vattenvågor på havet. Närmare strandkanten blir det ofta grundare än vad det var längre ut, och grundare vatten ger en lägre utbredningshastighet för vågor pga friktion mot bottnen. Det gör att vågorna kommer att böja av mot stranden, varför vi aldrig ser att vågorna går ”förbi” den. Här finns en animering som visar detta på ett bra sätt.

Vi kommer även att tala om brytningslagen för vågor, förhållandet mellan utbredningshastigheterna i medierna ger ett förhållande mellan sinus-värdena för de infallande vågorna och de vågor som har ändrat riktning pga hastighetsskillnaden mellan medierna. Denna brytningslag förtäljer att

\frac{\sin i}{sin b}=\frac{v_1}{v_2}

Det är för övrigt samma brytningslag som vi gått igenom i stråloptiken, även om vi tog avstamp i en annan princip för att komma fram till denna där.

Ett annat fenomen som aktualiserats några gånger på senare tid är tsunami. Det är vågor som skapats av jordbävningar på havsbotten. När en tsunami går på djupt vatten är inte vågen speciellt hög; det är ju väldigt mycket vatten som bär energin. Men när vågen kommer in på grundare vatten har den kvar sin energi, och det är inte lika mycket vatten som den sprids ut på (detta gäller för övrigt alla vågor, inte bara tsunamis!). Det gör att vågamplituden kommer att öka, varpå den slutligen ”slår över”. Resultatet av det har vi sett i bl a Thailand och Japan… Nedanstående animering (som bygger på denna bild, skapad av Lachaume at fr.wikipedia, med licenserna GFDL och CC-BY-SA-3.0) visar fenomenet.

Hur en tsunamis amplitud och våglängd varierar med djupet
Målet med dagens lektion är att ha utvecklat förståelse för…

…hur en linjär vågfront reflekteras mot en vägg, och vilka vinklar som bibehålls
…fenomenet refraktion
…varför en våg vid stranden blir högre och slår över
Till på onsdag skall ni läsa avsnitten 2.7 – 2.10, samt arbeta med uppgifterna 2.21 – 2.22 (samt bli klar med uppgifterna 2.26 – 2.33, om de inte är det!).
Just det: en illustration som kan vara till hjälp med uppgiften 2.28 finns här.

Några noteringar och länkar kring vågutbredning

Kommentera