+ Pokaż spis treści

Fala podłużna

Fala podłużna



Flash (.swf) swf Program dla Windows (.exe)win_exe Program dla Mac mac_app

Zmiany położenia cząsteczek i zmiany ciśnienia. Animacja pokazuje drgające cząsteczki fali podłużnej. Ilustruje fakt, że gdy położenie cząsteczki w fali dźwiękowej jest skrajne, wówczas ciśnienie jest równe ciśnieniu atmosferycznemu, a kiedy przechodzi przez położenie równowagi ciśnienie osiąga wartość minimalną lub maksymalną.

Animacja pokazuje, falę podłużną, np. falę dźwiękową biegnącą w powietrzu.

Czerwone kule na dole reprezentują cząsteczki powietrza. Wykonują one proste drgania harmoniczne, każda wokół swojego położenia równowagi. Położenia równowagi poszczególnych cząsteczek są zaznaczone w postaci czarnych linii pionowych.

Gdy cząsteczka zaczyna się poruszać popycha i ciągnie sąsiednią z prawej strony, a ta następnie wykonuje te same proste drgania harmoniczne, ale z opóźnieniem. Ta z kolei popycha i ciągnie następną itd. W powietrzu rozchodzi się zaburzenie – fala podłużna.

Wychylenie każdej cząsteczki z położenia równowagi pokazują także czarne kółka na górze animacji. Tutaj położenia równowagi są ​​reprezentowane przez czarną linię poziomą. Widać tu, że wychylenia z położenia równowagi tworzą falę w kształcie wykresu funkcji sinus przemieszczającą się w prawo.

Jeśli użyjemy kontrolek, aby wstrzymać animację gdy cząsteczka 3 jest w położeniu równowagi to zobaczymy, że ilość cząsteczek w tym regionie jest minimalna lub maksymalna. Oznacza to, że ciśnienie powietrza jest również minimalne lub maksymalne, ponieważ jest ono proporcjonalne do liczby cząsteczek w jednostce objętości.

Gdy cząsteczka 3 jest w położeniu równowagi, jest w nim także cząsteczka 9. Jeśli gęstość w otoczeniu cząsteczki 3 jest minimalna to gęstość w okolicach cząsteczki 9 jest maksymalna, i na odwrót.

W tym samym momencie cząsteczka 6 jest maksymalnie wychylona, a gęstość w jej otoczeniu przyjmuje wartość średnią. Ciśnienie w tym obszarze to ciśnienie atmosferyczne.

Możemy więc potraktować falę dźwiękową jako o falę zmian ciśnienia. Wykres ciśnienia ma również kształt sinusoidy poruszającej się od lewej do prawej. Ciśnienie waha się wokół ciśnienia atmosferycznego.

Gdy wychylenie cząsteczki z położenia równowagi jest maksymalne, wówczas ciśnienie jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Kiedy wychylenie wynosi zero, ciśnienie przyjmuje wartość skrajną. Tak więc wykresy tych zmian są przesunięte w fazie o 90°.