Fizika | Mechanika, Kvantummechanika » Mechanikai hullámok

Mechanikai hullámok Hullám: a fizikában minden olyan változás, amely valamilyen közegben tovaterjed. Haladó hullám: a rugalmas pontsor minden kis része változatlan egyensúlyi helyzete körül - az előtte levőhöz képest kis fáziskéséssel – rezgőmozgást végez. Transzverzális hullám: a rugalmas közeg részei az állapotváltozás terjedésének irányára merőlegesen rezegnek. (A hullámhegyek és völgyek vonulása a jellemző) Longitudinális hullám: a rugalmas közeg részei az állapotváltozás terjedésének irányával párhuzamosan rezegnek. (A sűrűsödések és ritkulások eltolódása a jellemző) Mechanikai hullám: a rugalmas közeg egyik részén valamilyen mechanikai feszültséget hozunk létre, s ez a változás tovaterjed a térben. A mechanikai haladó hullámban a rugalmas közeg részecskéinek rezgásállapota terjed. A hullámot jellemző mennyiségek Amplitúdó: a legnagyobb kitérés nagysága, jele: A Egy hullámra csak akkor

jellemző egyetlen amplitúdó, ha a közeg minden része ugyanakkora amplitúdóval rezeg. Hullámhossz: megmutatja, hogy ugyanabban az időpillanatban a közeg két azonos fázisban levő, szomszédos pontja milyen messze van egymástól. Jele: λ A hullámhossz a hullám térbeli ismétlődésének jellemzője. Periódusidő: az az időtartam, amely idő alatt a közegben terjedő változás egy hullámhossznyi utat tesz meg. Jele: T A periódusidő a hullám időbeli ismétlődését jellemző mennyiség. Rezgésszám / frekvencia: jele: f, mértékegysége Hz. A rugalmas közeg bármely része azonos rezgésszámmal rezeg. Ez a rezgésszám a hullám rezgésszáma, amely megegyezik a hullámforrás rezgésszámával. f=1/T Hullám terjedési sebessége / fázissebesség: jele: c, kiszámíthatósága: c= Δs:Δt= λ:T= λ*f A hullám terjedési sebessége különböző rugalmas közegben különböző, de egy-egy közegen belül változatlan. A hullám rezgésszáma, függetlenül

a közegtől, mindig a hullámforrás rezgésszámával egyenlő. A hullámok visszaverődése Rugalmas pontsoron haladó hullámok visszaverődése: a rugalmas kötélen haladó hullám a rögzített végről ellentétes fázisban, a szabad végéről pedig azonos fázisban verődik vissza. Felületi hullámok visszaverődése: Körhullám: azok a felületi hullámok, amelyekben az azonos fázisban rezgő részek körök mentén helyezkednek el. Hullámtér: a térnek az a része, ahol a közeg részecskéi már rezegnek. Hullámfront: a hullámtér mindenkori határa, ahol a közegnek egyre újabb részei jönnek rezgésbe. Egyeneshullám: minden azonos fázisban rezgő rész egyenesek mentén helyezkedik el. Beesési pont: a sugár és a visszaverő felület közös pontja. Beesési merőleges: a beesési pontban levő és a visszaverő felületre merőleges egyenes. Beesési szög: a beeső sugár és a beesési merőleges határozza meg. Visszaverődési szög: a visszavert

sugár és a beesési merőleges határozza meg. A visszavert hullám terjedési iránya a beeső sugár és a beesési merőleges által meghatározott beesési síkban marad; a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel. Visszaverődéskor a hullám rezgésszáma nem változik. Térbeli hullámok: Gömbhullám: az azonos fázisban levő pontok olyan gömbfelületeken vannak, amelyek közös középpontja egybeesik a pontszerű hullámforrással. Síkhullám: olyan térbeli hullámok, amelyekben az azonos fázisban levő pontok párhuzamos síkok mentén helyezkednek el. A hullámok törése A hullám, ha egy új közeg határához ér, akkor ott egy része visszaverődik, egy másik része behatol az új közegbe. (Két közeg akkor különböző, ha bennük ugyanannak a hullámnak különböző a terjedési sebessége.) Hullámtörés: A különböző közegek közös határfelületére ferdén érkező és azon áthaladó hullám terjedési iránya megváltozik.

Hullámtörés törvényei: Két különböző közeg határára ferdén érkező és azon átlépő hullám terjedési iránya a beesési sugár és a beesési merőleges által meghatározott síkban marad. A két szomszédos közeg közös határán ferdén áthaladó hullámnál, a beesési szög és a törési szög szinuszainak hányadosa mindig a terjedési sebességek hányadosával egyenlő állandó. Interferencia A rezgések összegeződnek; szuperponálódnak  interferencia Vonalmenti hullámok interferenciája Egyező irányban haladó vonalmenti hullámok interfereciája: A hullámok rezgésszáma és hullámhossza megegyezik; amplitúdója azonos fázisnál a két találkozó hullám aplitúdójának összege (A=A1+A2) ellentétes fázisnál a két talákozó hullám amplitúdójának különbsége (A=A1-A2) Szembe haladó vonalmenti hullámok interferenciája: Megegyezik a rezgésszáma, az amplitúdója és a hullámhossza is. Csomópontok, és duzzadóhelyek

alakulnak ki. Állóhullám: a csomópontok és a duzzanóhelyek ugyanott állnak (a hullám állni látszik) (Rugalmas kötélen állóhullám csak akkor alakulhat ki, ha egyenlő rezgésszámú és amplitúdójú hullámok – egymással szembe – találkoznak) Felületi hullámok interferenciája Tartósan szabályos hullámkép alakulhat ki  interferenciakép Hullámok elhajlása Hullámelhajlás: Keskeny résen át a hullám necsak az egyenes vonalú terjedésnek megfelően halad, hanem behatol az úgynevezett árnyéktérbe is. A HANGHULLÁMOK ÉS JELLEMZŐIK A hanghullám keletkezése Hang: az észlelőtől független hanghullám A hangforrás is rezgő test. A hang terjedéséhez rugalmas közegre van szükség. A hang jellemzői Zenei hang: kellemes hangérzetet kiváltó periodikus hang.  összetett hangok Zörej: nem periodikus hanghullám, mely kellemetlen hangérzetet kelt. Dörej: rövid ideig tartó, erős, lökésszerű zörej A hang erőssége

Hangerősség: megmutatja, hogy a terjedés irányára merőleges egységnyi felületen egységnyi idő alatt áthaladó hanghullámnak mennyi az energiája A hangmagasság Minél nagyobb a hangforrás rezgésszáma, annál magasabbnak halljuk a hangot. Hangköz: két hang viszonylagos hangmagassága. Oktáv: a 2:1 arányú hangköz neve (a magasabb a mélyebbnek az oktávja) Infrahang: a 20 Hz-nél kisebb rezgésszámú hang neve. Ultrahang: a 16 000 Hz-nél nagyobb rezgésszámú hang neve. A hangszín Az alaphanggal egyszerre megszólaló felhangok rezgésszáma és erőssége határozza meg. (függ a megszólaltatás módjától is) A hang terjesési sebessége  c=f*λ A Doppler-jelenség Amikor a megfigyelő és a hangforrás egymáshoz viszonyítva mozog, a megfigyelő a hullámforrás rezgésszámától eltérő rezgésszámú hullámot észlel