Przeczytaj
Warto przeczytać
FalaFala jest to rozchodzące się zaburzenie w jakimś ośrodku fizycznym, w którym takie zaburzenie może się rozchodzić. Może być to na przykład odkształcenie szarpniętej struny, odkształcenie powierzchni wody lub zmiana ciśnienia powietrza. Wartość przemieszczenia elementu ośrodkaprzemieszczenia elementu ośrodka dla fal będziemy oznaczać literą .
Okazuje się, że dla większości fal, z którymi mamy do czynienia, każda fala rozchodzi się niejako „po swojemu, nie zwracając na inne uwagi”. Wypadkowe przemieszczenie elementu ośrodka, w którym rozchodzą się dwie fale, jest sumą przemieszczenia , jakie wywołałaby tylko pierwsza fala i przemieszczenia, które by wywołała tylko druga fala . Możemy to zapisać jako
Stwierdzenie to nazywamy zasadą superpozycjizasadą superpozycji.
Fale jednowymiarowe
Spróbuj sobie wyobrazić, co to znaczyłoby na przykładzie fal „jednowymiarowych”, takich jak na przykład wzbudzone na długim wężu gumowym lub grubej linie (takiej, jak lina używana przez taterników, którzy celowo czasem wywołują impulsy falowe na linie, aby ją lepiej ułożyć na skale lub przekazać informację partnerowi). Gdyby dwie fale biegły w tę samą stronę i z prędkością o takiej samej wartości, tak że jedna goniłaby drugą, powstająca z nich fala wypadkowa poruszałaby się, nie zmieniając z upływem czasu swojego kształtu. To może mieć miejsce, gdy taternik dwukrotnie gwałtownie poruszy liną.
Zwróć jednak uwagę, że jeśli po poziomym wężu biegną naprzeciwko siebie dwie fale, z których jedna jest rozchodzącym się przemieszczeniem elementów ośrodka w górę, podczas gdy druga jest podobnym przemieszczeniem elementów ośrodka, ale skierowanym w dół, w chwili gdy się spotkają, w co najmniej jednym punkcie mogą się wyzerować – tam, gdzie przemieszczenie jest równe co do wartości z , ale ma przeciwny znak (). Później jednak, kiedy się ze sobą miną, biegną dalej tak, jakby wcześniej ze sobą się nie spotkały.
Fale dwuwymiarowe
W przypadku fal na płaszczyźnie – na przykład na rozciągłej błonie gumowej lub na powierzchni wody – istnieje oczywiście o wiele więcej możliwości superpozycji fal. Rozpatrzymy teraz tylko jeden przykład: dwie fale wybiegające ze źródeł punktowych wytworzone przez jakieś krótkotrwałe zaburzenie. Przykład przedstawia powyższe zdjęcie (Rys. 1.), wykonane chwilę po wpadnięciu dwóch kropli do wody. Widać na nim kręgi składające się z rozchodzących się po sobie górek i dolin. Widać, że tam gdzie dolina jednej fali spotyka się z górką drugiej fali, „krajobraz” się wypłaszcza, a tam gdzie nałożyły się na siebie dwie doliny, powstaje jeszcze większe wgłębienie w powierzchni wody. Potrafisz sam znaleźć te punkty na zdjęciu?
Doświadczenia
Oba opisane powyżej przypadki można zaobserwować. Jeśli rozchodzenie się fal rejestrujesz za pomocą kamery w telefonie komórkowym, ruch ośrodka będzie możliwy do obejrzenia w zwolnionym tempie i przeanalizowania klatka po klatce.
Doświadczenie 1 polega na obserwacji fal biegnących w przeciwne strony na wężu gumowym (na przykład takim do podlewania kwiatów w ogrodzie). Ważne jest, by był to wąż dość długi i niezbyt sztywny. Oprócz węża potrzebne są jeszcze dwie osoby. Na umówiony znak każda z tych osób wytwarza na wężu falę, poruszając szybko ręką poziomo „tam i z powrotem”. Powstające fale nałożą się w przybliżeniu w środku węża.
Do doświadczenia 2 potrzebne jest płaskie naczynie z wodą ustawione tak, aby patrząca osoba mogła widzieć odbijające się w nim jasne niebo za oknem. Druga osoba będzie maczać dwa palce w wodzie z osobnego kubeczka z wodą i strząsać po dwie krople jednocześnie na powierzchnię. Uzyskacie w ten sposób taki efekt, jak na przedstawionym wyżej zdjęciu.
Słowniczek
(ang.: displacement of medium element) - zmiana położenia małego fragmentu substancji, w której rozchodzi się fala.
(ang.: wave) - rozchodzące się przemieszczenie elementów ośrodka.
(ang.: superposition of waves) - nałożenie się na siebie dwóch lub więcej fal. Nazwa pochodzi z łaciny: superpositio – nakładanie.