Drgania i Fale - wmii.uwm.edu.plwmii.uwm.edu.pl/~wzm/wp-content/uploads/2016/02/1.Fizyka.pdf ·...
Transcript of Drgania i Fale - wmii.uwm.edu.plwmii.uwm.edu.pl/~wzm/wp-content/uploads/2016/02/1.Fizyka.pdf ·...
Fala to zaburzenie, które
rozprzestrzenia się w ośrodku lub
przestrzeni. Fale przenoszą energię z
jednego miejsca do drugiego bez
transportu jakiejkolwiek materii. W
przypadku fal mechanicznych cząstki
ośrodka, w którym rozchodzi się fala,
oscylują wokół położenia równowagi.
Drgania - procesy, w trakcie których wielkości
fizyczne na przemian rosną i maleją w czasie.
Szczególnym przypadkiem są drgania mechaniczne
(ruch drgający): wahadło matematyczne, ciało na
sprężynie, wahadło fizyczne, drgania cząsteczek
sieci krystalicznych, drgania strun instrumentów
muzycznych, drgania powietrza.
2
Szczególnymi rodzajami drgań rozpatrywanymi w fizyce są:
drgania mechaniczne (ruch drgający): wahadło matematyczne, ciało
na sprężynie, wahadło fizyczne, drgania cząsteczek sieci krystalicznych,
drgania strun instrumentów muzycznych, drgania powietrza itp.
drgania elektryczne: okresowe zmiany natężenia prądu np. w układzie
kondensatora i cewki itp.
drgania elektromechaniczne: np. drgania krystalicznych sieci
jonowych, drgania plazmy w polu magnetycznym lub elektrycznym itp.
Szczególnym przypadkiem drgań są drgania harmoniczne. Takie
drgania powstają, gdy siła sprowadzająca układ drgający do położenia
równowagi jest proporcjonalna do wychylenia układu z tego położenia.
3
Ruch harmoniczny jest szczególnym przykładem ruchów periodycznych. Są nimi
przykładowo:
• huśtawka dziecinna
• przypływy i odpływy
• cykliczne powtarzanie się
nocy i dnia
Rozważmy animację
przedstawiającą ruch punktu
po okręgu i rzut tego ruchu na
jedną z osi.
: przemieszczenie kątowe
: prędkość kątowa
t : czas
= t
r : promień koła,
amplituda
y(t) = r sin() =r sin(t)
9
Od drgań do dźwięków
Jak powstaje dźwięk?
Wszystko co drga szybciej niż 20 razy na
sekundę (20 Hz) generuję falę akustyczną
możliwą do słyszenia przez człowieka.
(maksymalnie do 20 000 Hz – 20 kHz)
Ludzie słyszą dźwięki powstałe wskutek drgań
zachodzących aż do 20 tysięcy razy na sekundę
(20 kHz) 10
Zasada Huygensa Zasada fermata
Każdy punkt ośrodka, do którego
dotarło czoło fali można uważać za
źródło nowej fali kulistej. Fale te
zwane są falami cząstkowymi i
interferują ze sobą. Wypadkową
powierzchnię falową tworzy
powierzchnia styczna do wszystkich
powierzchni fal cząstkowych i ją
właśnie obserwujemy w ośrodku.
Promień świetlny poruszający się (w dowolnym
ośrodku) od punktu A do punktu B przebywa
zawsze lokalnie ekstremalną drogę optyczną,
czyli taką, na której przebycie potrzeba czasu
najkrótszego, bądź najdłuższego z możliwych.
13