Vlnění
Vlnění je způsob, jakým se nějaký rozruch přenáší prostorem z jednoho místa na druhé. Existují různé druhy vlnění, ale dva hlavní typy jsou:
- mechanické, kde spouštěčem je výchylka částice, změna tlaku nebo hustoty, např. dopad kamenu na vodní hladinu, zvuk
- elektromagnetické vlnění, při němž se prostorem šíří příčné vlnění elektrického a magnetického pole, např. světlo
Mechanické vlnění
Mechanické vlnění je takové, které vyžaduje prostředí pro přenos. Kromě zvuku může být mechanické vlnění pozorováno v různých formách, jako jsou vlny na hladině vody nebo zemětřesení. V těchto případech dochází ke kmitání částic prostředí ve směru šíření vlnění. Na rozdíl od elektromagnetického vlnění se nešíří vakuem (např. tlesknutí rukou ve vakuu by nevydalo žádný zvuk).
Příčinou mechanického vlnění jsou vazby mezi částicemi (atomy, molekulami) prostředí, kterým se vlnění šíří (prostředím může být plyn, tekutina nebo také pevná látka). Kmitání jedné částice se vzájemnou vazbou přenáší na další částici a dochází ke kmitavému pohybu (oscilaci). Říkáme, že se prostředím šíří postupné vlnění. Mechanické vlnění se šíří původně klidným prostředím postupně od svého zdroje. Příkladem postupného vlnění je vlnění na vodní hladině po dopadu kamene šířící se od tohoto zdroje v kruhových rovinných vlnoplochách ve tvaru vrch – důl.
Červené body dole představují částice tzv. pružného prostředí (prostředí, které umožňuje kmitání částic) seřazené v čase. Pokud dojde k rozruchu, nejprve se rozkmitá první částice, pak další, přičemž každá další částice probírá fázi té předchozí.
Vlnová délka
Vlnová délka (λ) je vzdálenost mezi vrcholy (nebo údolími) vlny. Je to vzdálenost dvou nejbližších bodů, které kmitají se stejnou fází.
U elektromagnetického vlnění, jako je světlo, se měří v nanometrech (nm), což je miliardtina metru. Mechanické vlnění, jako je zvuk, má také vlnovou délku, ale je měřena v metrech nebo centimetrech. Rychlost šíření vlnění v je rovna vzdálenosti, do které postoupí vlnění za 1 sekundu. V kapalinách a v pevných látkách se šíří rychleji než v plynech.
v je rychlost šíření vlnění (v metrech za sekundu m/s), nazýváme ji také fázová rychlost
λ je vlnová délka (udáváme v jednotkách délky)
f je frekvence vlnění (v hertzích, Hz)
Připomeňme si, že mezi frekvencí f (počtem kmitů za sekundu) a periodou T (dobou jednoho kmitu) platí:
Příklad:
Máme vlnu s vlnovou délkou 0.5 cm a frekvencí 1000 Hz. Jaká je rychlost šíření této zvukové vlny?
Takže rychlost šíření této zvukové vlny je 50 metrů za sekundu. A jakou má periodu v milisekundách?
Druhy vlnění
Příčné vlnění je takové, ve kterém kmitání částic je kolmé k směru šíření vlnění. Světlo je příkladem příčného vlnění. Elektromagnetické pole (světlo) osciluje kolmo ke směru šíření světla. Šíří se pevnými látkami nebo kapalinami.
Podélné vlnění je takové, ve kterém kmitání částic probíhá ve směru šíření vlnění (ve směru šíření kmitají dopředu a dozadu). Mechanické vlnění, jako je zvuk, je příkladem podélného vlnění. Zde částice médií (například vzduchu, vody nebo pevných látek) kmitají ve směru, kterým se vlnění šíří. Je typické pro všechny skupenství. Vlnu můžeme zobrazit jako řadu zhuštění a zředění šířících se prostředím.
Vzdálenost mezi dvěma po sobě následujícími zhuštěními je právě vlnová délka.
