Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Pozdĺžna vlna - vlna, pri ktorej dochádza k osciláciám v smere jej šírenia.

Väčšinu vĺn pozorovaných v prírode možno pripísať jednému z dvoch typov: priečne alebo pozdĺžne vlny. Niekedy ich môžeme pozorovať súčasne, napríklad priečna vlna na strune, ktorú gitarista vybrnkne, spôsobí pozdĺžnu zvukovú vlnu v rezonátore gitary.

Napríklad erupciu sopky sprevádza priečna a pozdĺžna seizmická vlna šíriaca sa rôznou rýchlosťou, čo je základom jednej z metód určenia polohy miesta erupcie.

Ako sa líšia pozdĺžne vlny od priečnych vĺn?

Pozdĺžne vlny sú charakteristické tým, že spôsobujú v hmotnom prostredí, v ktorom sa šíria (vzduch, voda, kryštál, atď.) posuny rovnobežné so smerom vlny. O tomto type vlny sa bude diskutovať v tomto článku.

Keď sa v hmotnom médiu šíri mechanické vlnenie, prvky média sa pohybujú. V závislosti od smeru posunov spojených s týmto pohybom, vzhľadom na smer vlny, môžeme hovoriť o dvoch typoch vĺn:

    Keď je smer oscilácie častíc média rovnobežný so smerom vlny, hovoríme o pozdĺžnej vlne.
  1. Keď je smer oscilácie častíc média kolmý na smer vlny, hovoríme o priečnej vlne.

Pokusný príklad: pozorovanie pozdĺžnej vlny na pružine

Pripravte dlhú jar. Môžete si vyrobiť svoj vlastný navinutím dlhého medeného drôtu s priemerom asi 1 mm okolo tyčinky na čistenie zubov.Skvele sa na to hodí aj hračkárska pružina. Položte pružinu vodorovne na dlhý stôl a zaistite ju na jednom konci. Rukou držte druhý koniec a natiahnite pružinu (obr.1.).

    Rýchlo posuňte koniec pružiny rovnobežne s jej dĺžkou - doprava na obr. 1 - a rýchlo ho vráťte do pôvodnej polohy. Čo pozeráš?
  1. Rytmicky posúvajte koniec pružiny dopredu a dozadu. Aká vlna sa práve vytvára?
Ryža. 1. Pozorovanie pozdĺžnej vlny na pružine

V experimente pozorujeme špecifický typ vlny: zhutňovanie a rozširovanie sa šíri pozdĺž pružiny. Porucha pružiny je znázornená na obrázkoch 2 a 3. Aby boli obrázky lepšie čitateľné, sú závity pružiny nahradené zvislými čiarami. Nedeformovaný systém je zobrazený v hornej časti obrázkov. Pod ním je systém, v ktorom funguje vlna. Šípky ukazujú ofsety vybraných prvkov systému.

Ryža. 2. Jednovlnný pulz pozorovaný v experimenteRyža. 3. Harmonická vlna pozorovaná v experimente

Poznámka: Pružinové prvky sa pohybujú paralelne so smerom vlny. Takáto vlna sa nazýva pozdĺžna.

    Obrázok 2 ukazuje jednovlnový impulz pozostávajúci z jednej kompresie a jednej expanzie. To zodpovedá bodu 1 experimentu.
  1. Obrázok 3. zobrazuje harmonickú vlnu pozostávajúcu z periodicky sa opakujúcich kontrakcií a expanzií. To zodpovedá bodu 2 experimentu. Na opis pozdĺžnych harmonických vĺn zavedieme rovnaké pojmy ako pri opise harmonických priečnych vĺn: perióda T, frekvencia f, amplitúda A a vlnová dĺžka λ. Vlnová dĺžka tejto harmonickej vlny λ je znázornená na obr. 3.

Pozdĺžne vlny v hmotnom médiu

Vyššie sme diskutovali o jednoduchých a „jednorozmerných“ modeloch pozdĺžnych vĺn.Čo je však skutočne zaujímavé, sú vlny tohto druhu šíriace sa v „trojrozmerných“ médiách. Príkladom sú seizmické vlny vznikajúce v zemskej kôre pri sopečných erupciách (tzv. P-vlny). Neviem, či tento jav budete musieť niekedy osobne zažiť. Neustále sa však stretávate so zvukovými vlnami vo vzduchu a vo vode (plyny a kvapaliny). Sú zdrojom ľudského a zvieracieho sluchu, preto im budeme venovať trochu viac pozornosti.

Vráťme sa k obr. 2. a predstavte si, že nezobrazuje závity pružiny, ale horizontálny stĺp vzduchu, mentálne rozdelený na plátky. Každý z týchto plátkov obsahuje rovnaké množstvo plynu. Pamätajte: tlak v plyne závisí od objemu a znižuje sa so zvyšujúcim sa objemom. Uvažujme teraz tri takéto časti (obr. 4.), pričom ich pre jednoduchosť považujme za krabice, ktoré majú na začiatku rovnaký objem a rovnaký tlak. S tlakom súvisí sila, ktorou plyn pôsobí na plochu rezu.

Ryža. 4. Myšlienkový experiment opísaný v texte vyššie
    V hornej časti je znázornený rovnovážny stav v neprítomnosti vlny. Tlak v každom laloku je rovnaký. Ľavý plátok pôsobí na stredný plátok silou smerujúcou doprava, v dôsledku pôsobenia plynu na povrch medzi plátkami. Pravý rez pôsobí na stredný rez rovnako veľkou silou, ale smerujúcou doľava. Výsledok týchto síl je nula.
  1. Spodná časť obrázku zobrazuje príklad rušenia spôsobeného vlnou. Ľavý lalok sa zúžil a tlak v ňom sa zvýšil. Pôsobí väčšou silou na stredný lalok. Pravý lalok sa rozšíril, tlak v ňom klesol. Na stredný lalok pôsobí menšou silou. Výslednica týchto síl sa už nerovná nule a smeruje doprava.

Je vidieť, že posuny v plyne vytvorili nevyvážené sily. Výsledné sily budú zodpovedné za ďalšie posuny, ktoré povedú k šíreniu pozdĺžnej vlny.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Budova