Fyzika – Mechanické vlnenie

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: ivana123
Typ práce: Referát
Dátum: 16.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 279 slov
Počet zobrazení: 5 478
Tlačení: 458
Uložení: 471
Fyzika – Mechanické vlnenie
 
Úvod
„Ničeho se v životě nemusíme bát, jen to pochopit!“ (Marie Curie – Sklodovská)
 
Fyzika je všade okolo nás. Kedysi to bol môj strašiak, ale keď som sa zamyslela a začala som si veci dávať do súvisu, zistila som, že je to veľmi užitočný predmet a tak, ako povedala Marie Curie – Sklodovská, keď som ju pochopila, prestala som sa jej báť. Zvolila som si tému mechanické vlnenie, lebo je fascinujúce ako väzbové sily medzi časticami dávajú do pohybu obyčajné nehybné vlákno, a pritom stačí iba malý impulz, a tak je to aj v živote. Cieľom môjho projektu je oboznámiť čitateľov o tomto jave a tiež dozvedieť sa niečo nové. jave a tiež  projektu je oboznámiť čitateľov o tomto ujúce ako väzbové sily medzi časticami dávajú do pohybu obyčajné nehybné vlnenie.

1 Mechanické vlnenie
Mechanické vlnenie je dej, pri ktorom sa rozruch šíri pružným prostredím, kde príčinou sú väzbové sily medzi časticami. Zdrojom vlnenie sa môže  stať objekt, z ktorého sa vlnenie šíri. Postupné mechanické vlnenie je charakteristické tým, že sa vlnenie postupne prenáša do bodov vo vzdialenosti od zdroja.  Rozoznávame dva typy postupných vlnení : priečne a pozdĺžne. Pri postupnom mechanickom vlnení sa prenáša hmota a nie energia. Priečne  mechanické vlnenie je charakteristické tým, že vlnenie sa prenáša zľava doprava a častice alebo aj hmotné body kmitajú kolmo na smer vlnenia, kde výslednicou je sínusoida. Pozdĺžne mechanické vlnenie je charakteristické zhusťovaním a zrieďovaním hmotných bodov, pričom hmotné body kmitajú v smere pohybu vlnenia.
 
Vlnová dĺžka je vzdialenosť dvoch najbližších bodov ktoré kmitajú s rovnakou fázou. Vlnovú dĺžku označujeme ako lambda λ. Vlnovú dĺžku vypočítame ako λ = v. T = v / f. Pričom v je fázová rýchlosť T je perióda kmitavého pohybu a f je frekvencia
 
1.1  Vlastnosti mechanického vlnenia
1.1.1 Interferencia vlnenia
Interferencia vlnenia nastáva, keď sa stretnú dve vlnenia toho istého druhu, prechádzajú tým istým prostredím v tom istom čase. V miestach, kde sa vlnenia prekryjú sa môžu vzájomne ovplyvniť ale ďalej postupujú ako samostatné. Pri interferencii využívame princíp super pozície, čo je charakterizované výslednou výchylkou, ktorá je  súčtom všetkých zdrojov vlnenia, ktoré ho tvoria. Koherentnosť vlnení znamená, že fázový rozdiel dvoch vlnení je nezávislí na čase.

Zosilnenie vlnenia nastáva, ak sa dráhový rozdiel rovná párnemu počtu pol vlnových dĺžok a obidve vlnenia sa stretnú s rovnakou fázou. Zoslabenia vlnenia nastáva, ak sa dráhový rozdiel rovná nepárnemu počtu pol vlnových dĺžok a obidve vlnenia sa stretnú s opačnou fázou.

1.1.2  Odraz vlnenia
 Odraz vlnenia alebo reflexia vzniká, ak sa prichádzajúce vlnenie dostane k rozhraniu dvoch prostredí. Na tomto rozhraní môže dôjsť k jeho odrazu späť do prostredia, z ktorého vlnenie prichádza. Tento jav nazývame odrazom.
1.1.1.1  Odraz vlnenia od pevného konca
Ak vlnenie narazí na pevný koniec nastáva odraz vlnenia s opačnou fázou .
1.1.1.2  Odraz vlnenia od voľného konca
  Ak vlnenie narazí na voľnú prekážku nenastáva zmena fázy a vlnenie sa vracia s rovnakou fázou.
 
Ak narazí vlna na hustejšie prostredie ako na to, z ktorého sa šíri môžeme považovať druhé prostredie  za pevný koniec a ak vlna narazí na redšie prostredie môžeme uvažovať, že druhé prostredie je ako keby voľný koniec.
 
 
2 Stojaté vlnenie
Stojaté vlnenie vzniká interferenciou priamej a odrazenej vlny. Máme dva pevné konce a medzi nimi upevnené pružné vlákna.

obrázok č.1- postupovanie stojatej vlny
 
   Na obrázku môžeme sledovať zelenú a modrú vlnu. Pričom zelenou farbou je vyobrazená priama vlna a modrou odrazená.
V čase t=0s je výchylka nulová a vlnenia postupujú proti sebe. Majú rovnakú amplitúdu a vlnovú dĺžku.
V čase t=1/4 T sa v bode M stretli vlnenia s tou istou fázou. Výslednicu môžeme sledovať červenou farbou a je to dvojnásobok amplitúdy výchylky. V bode M môžeme sledovať zosilnenie.
V čase t=1/2 T sa stretli vlnenia s opačnou fázou, pričom výslednica je nulová a v bode M nastáva zoslabenie.
V čase t=3/4 T sa vlny opäť stretli s tou istou fázou a v bode M nastáva zosilnenie, pričom výsledná výchylka je opäť dvojnásobok amplitúdy výchylky.
  V čase periódy t.j, keď t=T  je výsledná výchylka nulová, lebo vlnenia sa stretli s opačnou fázou nastáva zoslabenie.
  Pri stojatom vlnení uvádzame dva pojmy uzly a kmitne. Uzol je také miesto, kde hmotné body nekmitajú alebo sa stretnú s tou istou fázou. Kmitňa je miesto kde hmotné body kmitajú s s dvojnásobnou hodnotou amplitúdy jednotlivých vlnení teda maximálna výchylka.
 
Postupná vlna
Stojatá vlna
Hmotné body kmitajú s tou istou amplitúdou výchylky
Hmotné body kmitajú s rozdielnou amplitúdou výchylky

2.1 Použitie stojatej vlny
Využitie stojatej vlny môžeme pozorovať hlavne pri chvení mechanických sústav. Ak sa vlnenie dostane radom bodov až ku krajnému bodu, ktorý je na okolité prostredie viazaný pevnejšie ako body radu, vlnenie postupuje radom bodov späť. Má rovnakú vlnovú dĺžku ale jeho fáza sa mení o π a na pevnom konci nastáva odraz vlnenia s opačnou fázou.
Vzťah medzi vlnovou dĺžkou a frekvenciu udávame vzorcom λ = v/T.
Základné použitie stojatej vlny vyjadrujem pomocou vzorca Fz=v/2l
Chvenie závisí od sily upevnenia, od materiálu, ktorý upevňujeme a od vonkajších síl.
 
3 Vlnenie v izotropnom prostredí
Ak sa šíri vlnenie, v ktorom je fázová rýchlosť vo všetkých smeroch rovnaká hovoríme o izotropnom vlnení. Prostredie má vo všetkých smeroch rovnaké fyzikálne vlastnosti. Body, do ktorých sa vlnenie dostane z bodového zdroja vlnenia, ležia na guľovej ploche, ktorá sa nazýva vlnoplocha. Ak je zdroj vlnenie rovinný, prípadne ak je  vo veľkej vzdialenosti od zdroja vlnoplocha má tvar rovinný a vtedy sa nazýva – rovinná vlnoplocha. Vlnoplocha postupného vlnenia je množina bodov, v ktorých má vlnenie v istom časovom okamihu rovnakú fázu. Tvary vlnoplôch závisia od vzdialenosti zdroja. Ak je zdroj vlnenia blízko,vlnoplocha má tvar kružnice. Ak je zdroj vlnenia ďalej, vlnoplocha má tvar priamky alebo roviny. Lúč určuje smer vlnenia v danom bode, ktorý je kolmý na vlnoplochu.
 
4 Huygensov princíp
Každý bod vlnoplochy, do ktorého sa dostalo vlnenie v istom okamihu, môžeme pokladať za zdroj elementárneho vlnenia, ktoré sa z neho šíri v elementárnych vlnoplochách. Vlnoplocha v ďalšom časovom okamihu je vonkajšia obalová plocha všetkých elementárnych vlnoplôch. Prax : ak hodíme kameň na vodnú hladinu vytvorí sa vlnoplocha s polomerom r. Hmotné body na vlnoploche kmitajú a v okolí každého bodu sa vytvoria elementárne vlnoplochy, ktoré interferujú. Vo všetkých smeroch sa ich súčin ruší okrem vonkajšej obalovej vlnoplochy, ktorý tvorí jej tvar.
 
5 Odraz a lom vlnenia
Ak vlnenie dopadne na rozhranie 2 prostredí môže sa buď zlomiť alebo odraziť
 
5.1 Odraz
Ak narazí vlnenie na prekážku čiastočne sa odrazí.  Vznikajú elementárne vlnoplochy, ktoré interferujú. Vo všetkých svojich účinkoch sa rušia, okrem vonkajšej obalovej vlnoplochy, ktorá tvorí tvar odrazenej vlnoplochy . Pri odraze vlnenia definujeme zákon odrazu : uhol odrazu vlnenia sa rovná uhlu dopadu. Pričom odrazený lúč leží v rovine dopadu, ktorá je tvorená kolmicou dopadu a dopadajúcim lúčom.

p1 – dopadajúci lúč  α – uhol dopadu
p2 – odrazený lúč  ά – uhol odrazu
 
5.2  Lom
Lom vlnenia nastáva ak vlnenie prechádza cez rozhranie prostredí, v ktorom sa vlnenie šíri . Definujeme zákon lomu, ktorý hovorí, že pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je pre dve dané prostredia veličina stála a rovná sa pomeru rýchlosti v obidvoch prostredí.
 
6 Ohyb a tieň vlnenia
6.1 Ohyb vlnenia
Ohyb vlnenia je jav, ktorý vzniká vtedy, keď sa vlnenie šíri cez otvor
v prekážke, alebo okolo prekážky. Zmenšením otvoru kruhová vlna dopadne na otvor. Rozmer prekážky musí byť porovnateľne rovnaký alebo menší ako vlnová dĺžka dopadu vlnenia, vtedy sa vlnenie dostane za prekážku a vzniká difrakcia – ohyb
 
6.2 Tieň vlnenia
Tieň vlnenia je jav, ktorý vzniká vtedy, keď sa vlnenie šíri cez prekážku, ktorá má väčšie rozmery ako je vlnová dĺžka vlnenia. Po prechode otvorom sa vlnenie šíri priamočiaro a za prekážkou vzniká tieň. kruhová vlna dopadne na otvor. padne na otvor a rozmerv/2lZákladné použitie stojatej vlny vyjadrujem pomocou vzorca Fna okolité prostredie viazaný pevnešie ako body radu,

Záver
Cieľom môjho projektu bolo oboznámiť čitateľov o mechanickom vlnení a ukázať im, že fyzika nieje až taká zlá. Myslím, že cieľ som splnila a ešte som sa dozvedela aj nové informácie, ktoré určite niekedy v živote využijem.

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.018 s.
Zavrieť reklamu