Grafika interaktywna
Podstawowe pojęcia służące do opisu fal
Grafika interaktywna jest planszą z interaktywnymi elementami. Po kliknięciu myszką na cyfrę pojawi się wyjaśnienie. Proponujemy pracę z grafiką, polegającą na wykonywaniu kolejno poniższych poleceń. Grafikę uruchamia się poprzez kliknięcie na wykres.
Na poniższym wykresie przedstawiono zależność wychylenia punktów pewnego ośrodka (wywołane przez falę) od położenia tych punktów względem źródła fali. Cyframi 1 i 2 oznaczono na wykresie dwa odcinki. Jakie wielkości fizyczne one oznaczają? Sprawdź swoje przypuszczenia klikając na te cyfry.
Jakich trzech wielkości fizycznych nie da się zaznaczyć na takim wykresie? Pod wykresem zostały one oznaczone cyframi 3, 4 i 5 i opatrzone jednostkami. Sprawdź swoje przypuszczenia klikając na te cyfry.
1. Długość fali Długość fali, jest to odległość między dwoma sąsiednimi szczytami fali lub innymi punktami drgającymi zgodnie w fazie. Jednostką długości fali jest metr.
2. Amplituda Amplituda, jest to maksymalne wychylenie elementu ośrodka z położenia równowagi, będące wynikiem działania fali. Jednostką amplitudy jest metr.
3. Prędkość fali Prędkość fali informuje nas, jak szybko przemieszcza się fala. Zależy od długości fali i jej okresu zgodnie z wzorem 𝑣= λ/T.
4. Częstotliwość Częstotliwość, to wielkość fizyczna określająca, ile razy w ciągu jednej sekundy nastąpi pełen cykl ruchu. Jej jednostką jest herc. Łączy ją z okresem wzór 𝑓=1/𝑇.
5. Okres Okres, jest to czas potrzebny na to, aby fala pokonała odległość równą swojej długości fali. W tym czasie każdy punkt ośrodka wykona jeden cykl drgań, podobnie jak wahadło matematyczne. Jednostką okresu jest sekunda. Okres oznaczamy literą 𝑇.
Opis alternatywny grafiki interaktywnej
Grafika przedstawia sinusoidę, która jest wykresem fali. Numerem 1 oznaczony jest poziomy odcinek łączący dwa kolejne maksima funkcji. Numerem 2 oznaczony jest pionowy odcinek łączący minimum funkcji z punktem leżącym na osi poziomej. Numerem 3 oznaczona jest jednostka metr na sekundę. Numerem 4 oznaczona jest jednostka Hertz. Numerem 5 oznaczona jest jednostka sekunda.
Polecenie 1.
Gdy klikniemy na numer 1 ukazuje się napis: „Długość fali jest to odległość między dwoma sąsiednimi szczytami fali lub innymi punktami drgającymi zgodnie w fazie. Jednostką długości fali jest metr. Gdy klikniemy na numer 2 ukazuje się napis: „Amplituda fali jest to maksymalne wychylenie elementu ośrodka z położenia równowagi, będące wynikiem działania fali. Jednostką amplitudy jest metr.
Polecenie 2.
Gdy klikniemy na numer 3 ukazuje się napis: „Prędkość fali informuje nas, jak szybko przemieszcza się fala. Zależy od długości fali i jej okresu, zgodnie ze wzorem v równa się lambda dzielone przez duże T. Gdy klikniemy na numer 4 ukazuje się napis: „Częstotliwość to wielkość fizyczna określająca ile razy w ciągu jednej sekundy nastąpi pełen cykl ruchu. Jej jednostką jest herc. Łączy ją z okresem wzór postaci małe f równa się jeden dzielone przez duże T.” Gdy klikniemy na numer 5 ukazuje się napis: „Okres jest to czas potrzebny, aby fala pokonała odległość równą swojej długości fali. W tym czasie każdy punkt ośrodka wykona jeden cykl drgania, podobnie jak wahadło matematyczne. Jednostką okresu jest sekunda. Okres oznaczamy literą duże 𝑇.”
Prędkość rozchodzenia się mechanicznych fal poprzecznych lub podłużnych może być stała, jeśli zaburzenie przemieszcza się w ośrodku. Czy prędkość drgań cząsteczek ośrodka dla fali poprzecznej jest także stała?
Szarpnięcie struny gitary wytwarza drgania, na skutek czego wzdłuż niej rozchodzi się fala. Wibracje struny powodują, że cząsteczki powietrza zaczynają drgać, tworząc falę dźwiękową, o częstotliwości równiej częstotliwości drgań struny. Czy długość fali dźwiękowej jest zawsze równa długości fali rozchodzącej się wzdłuż struny?