Fale z naszego otoczenia możemy, z dobrym przybliżeniem, opisać za pomocą fali harmonicznej, czyli fali w kształcie sinusoidy. Przykładową falę harmoniczną przedstawiono na Rys. 1.
R1JpDIdpkbqD3
Funkcja sinus jest okresowa, co oznacza, że przy zmianie argumentu o ustaloną wielkość kształt wykresu się powtarza. Najmniejszą odległość między dwoma punktami, które znajdują się na tym samym „miejscu” na sinusoidzie, nazywamy długością falidługość falidługością fali i oznaczamy literą λlambda. Na Rys. 2. przedstawiono trzy przykładowe pary takich punktów, połączone pogrubionymi czarnymi odcinkami.
RGcOniWbOcYFH
Na naszym rysunku fali możemy zaznaczyć jeszcze jedną wielkość fizyczną – amplitudę. Amplitudąamplituda faliAmplitudą nazywamy wartość bezwzględną maksymalnego wychylenia, jakie może spowodować fala. Oznaczamy ją literą A. Amplituda ma zawsze wartość nieujemną. Na Rys. 3. przedstawiono dwa maksymalne wychylenia punktów, przez które przechodzi fala. Uwaga: odległość między tymi punktami to połowa długości fali.
R15NELOdNSOZa
Okres i częstotliwość fali
Jeśli przyjrzymy się pojedynczemu punktowi wprawianemu w ruch przez naszą falę, to zauważymy analogię pomiędzy jego ruchem i ruchem wahadła matematycznego przy niewielkich wychyleniach. Oba obiekty poruszają się ruchem harmonicznym. Oznacza to, że dla naszego pojedynczego punktu możemy określić czas, jaki potrzebuje on na wykonanie jednego cyklu ruchu. Taki czas nazywamy okresemokres faliokresem i oznaczamy literą T. Okres możemy również przypisać fali wprawiającej go w ruch – po tym czasie nasza fala przesunie się o jedną długość fali. Możemy więc mówić również o okresie fali. Ruch naszego punktu w kolejnych fazach jednego okresu został przedstawiony na animacji poniżej:
RXLds03ueUtIy
Podobnie jak w ruchu drgającym, tak i dla fali możemy określić częstotliwośćczęstotliwośćczęstotliwość jako odwrotność okresu fali:
Jednostką częstotliwości jest herc (Hz), tj. odwrotność sekundy. Można więc powiedzieć, że częstotliwość to wielkość określająca, ile okresów (cykli) mieści się w jednej sekundzie.
Prędkość fali
Nasza fala porusza się ruchem jednostajnym, w którym prędkość można wyliczyć z wzoru . W ciągu jednego okresu nasza fala przebywa odległość równą jednej długości fali. Oznacza to, że prędkość fali możemy przedstawić za pomocą wzoru
Prędkość rozchodzenia się fal w ośrodku nie zależy od wartości tych wielkości fizycznych, ale od cech ośrodka. Na przykład prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej (światła) w próżni jest stała i wynosi , niezależnie od długości fali i jej okresu.
Słowniczek
amplituda fali
amplituda fali
(ang.: amplitude of a wave) maksymalne wychylenie elementu ośrodka z położenia równowagi, będące wynikiem działania fali.
długość fali
długość fali
(ang.: wavelength) najmniejsza odległość między dwoma punktami o tej samej fazie drgań, na przykład między sąsiednimi szczytami fali.
okres fali
okres fali
(ang.: period of a wave) czas potrzebny, aby fala pokonała odległość równą swojej długości.
częstotliwość
częstotliwość
(ang.: frequency) wielkość fizyczna wielkość fizyczna określająca liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu, najczęściej w ciągu 1 s.