Hullámok

A hullám fogalma: a hullám időben és térben tovaterjedő rezgésállapot, mely energiát szállít. A hullámok jellemzői:

• Két szomszédos, azonos fázisú hely térbeli távolsága a hullámhossz, melynek jele λ, mértékegysége m.
• Két szomszédos, azonos fázisú hely időbeli távolsága a periódusidő, jele T, mértékegysége s.
• Az amplitúdó a hullám maximális kitérésének nagysága egy hullámcikluson belül. Jele A, mértékegysége általában méter, hanghullámok esetén azonban nyomásegységben is mérhető.
• A rezgésszám, vagyis frekvencia (f vagy υ) a másodpercenként végzett rezgések száma.
• A terjedési sebesség a haladó hullám meghatározott fázisállapotának tovahaladási sebessége. Jele c és megegyezik a hullám hosszának és a frekvenciájának szorzatával.

Két hullámtípust különböztetünk meg: A longitudinális hullámok kitérése a terjedési iránnyal egybeesik. A különböző közegekben, mint ritkulások és sűrűsödések lépnek fel. Pl. ilyen a legtöbb hanghullám. A tranzverzális hullámokban a kitérés a terjedési irányra merőleges. Ilyen pl. egy húron terjedő hullámok, vagy a szabad elektromágneses hullámok.

Interferenciát akkor észlelünk, ha a hullámok koherensek, vagyis a találkozásuk helyén fáziskülönbségük állandó. Ha a fáziskülönbség a fél hullámhossz páros számú többszöröse, maximális erősítést, ha a fél hullámhossz páratlan számú többszöröse, kioltást tapasztalhatunk.

Rugalmas pontsor (pl kötél) végére érkező hullám mind a rögzített, mind a szabad végről visszaverődik. A visszaverődés a szabad végről azonos, a rögzített végről ellentétes fázisban történik. Alkalmas frekvenciaválasztással elérhető, hogy a rugalmas pontsoron folyamatosan keltett hullám a pontsor végéről visszaverődő hullámmal úgy találkozzon, hogy állóhullámok jöjjenek létre. Állóhullámról akkor beszélünk, ha az egyes pontok mozognak, de a hullám egy adott fázisát nem látjuk továbbhaladni. Duzzadóhelyek: azok a pontok, amelyek maximális amplitúdóval rezegnek Csomópontok: azok a pontok, amelyek nem végeznek rezgést Két duzzadóhely/két csomópont távolsága a hullámhossz fele.

A hang térben terjedő longitudinális mechanikai hullám. A hangforrás egy rugalmas test, vagy közeg, amely egy vele közölt energiát rezgési energiává alakítja. A hang jellemzői:

• Hangerősség: a hangintenzitással mérhető, amely a hangforrás által az 1 m2 –nyi területre sugárzott teljesítményt jelenti, ezért egysége W/ m^2
• Hangmagasság: a hang rezgésszámával (frekvenciájával) jellemezhető. (pl. az 1:2 frekvenciaarányú hangok hangköze egy oktáv. Egy oktávon belül 7 lépésben követik egymást azok a hangok, amelyeket fülünkkel egymást természetes módon követő egész hangközöknek (dúr skála) érzékelünk. A zenei hangok frekvenciáinak közös viszonyítási alapértéke a normál a hang, melynek értéke 440 Hz. )
• Hangszín: a hangszín annak a következménye, hogy a zenei hangok szinte sohasem egyetlen frekvenciát jelentenek, az alapfrekvencia mellett felharmonikusok is megjelennek.
• Hangsebesség: a hang terjedési sebessége a levegőben 330 m/s. Aszerint változik, hogy milyen közegben terjednek a hullámok. Szintén kiszámítható a c= λ*υ képlet alapján.

Rezonancia: ha a kényszerrezgést létrehozó rendszer frekvenciája megegyezik a kényszerrezgést végző rendszer sajátfrekvenciájával, akkor a rezgő test amplitúdója maximális lesz, ez a jelenség a rezonancia. Ha az amplitúdó nagyon nagyra nő, bekövetkezhet a rezonanciakatasztrófa, melyben minél kisebb a csillapító hatás, annál nagyobb a rezonancia. (1940- Takoma – szoros fölötti híd)

Lebegés: Két közeli frekvenciájú hang együttes megszólaltatásakor egy periodikusan ingadozó erősségű hangot hallunk. Ezt a jelenséget lebegésnek nevezzük.

Doppler-effektus: a hullám frekvenciájában és ezzel együtt hullámhosszában megjelenő változás, mely amiatt alakul ki, hogy a hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozog. Pl. ha sípoló mozdony (adó) közeledik egy megfigyelőhöz (vevő), akkor az utóbbi magasabb frekvenciájú hangot hall, mint a vonaton ülő utas. Miután a mozdony elhaladt a megfigyelő mellett, a frekvencia észrevehetően lecsökken.

Az elektromágneses sugárzás a térben transzverzális hullám formájában terjed fénysebességgel, impulzust szállítva. Részecskéi a fotonok. Elméletét James Clerk Maxwell skót fizikus dolgozta ki, és írta le az ún. Maxwell-egyenletekben (4db van, egyenként makroszkopikus és mikroszkopikus formában)