Fale mechaniczne

Fale mechaniczne to fale, które rozchodzą się w ośrodkach sprężystych za pośrednictwem rozprzestrzeniania się drgań tego ośrodka. Spełniają one zasadę zachowania energii i są podległe zasadom dynamiki Newtona. Ich charakterystyczną właściwością jest możliwość przenoszenia energii, bez jednoczesnego przemieszczania materii. Do przykładów takich fal nalezą fale dźwiękowe, morskie czy sejsmiczne. Można je również podzielić na podłużne i poprzeczne, występuję również typy pośrednie, gdy drgania występują zarówno w kierunku rozchodzenia jak i poprzecznym. Więcej teoretycznych informacji i wzorów dotyczących fal mechanicznych znajdziecie tutaj. W tym artykule zajmiemy się natomiast ich rodzajami oraz występowaniem.

Rodzaje fal mechanicznych

Fale mechaniczne można podzielić na wiele sposobów. Każdy z rodzajów fal wyznaczonych ze względu na ośrodek – tak jak wcześniej wspomniane fale morskie czy dźwiękowe zasługują na odrębny, poświęcony tylko i wyłącznie nim artykuł. W tym przypadku zajmiemy się jednak podziałem bardziej ogólnym, wynikającym z ich charakterystyki. Pierwszym typem jest fala podłużna – to taka fala, w której drgania zachodzą w kierunku zgodnym z kierunkiem jej rozchodzenia się. Ten typ reprezentuje np. fala dźwiękowa. Jej przeciwieństwem jest fala poprzeczna – w jej przypadku kierunek drgań cząsteczek ośrodka jest skierowany prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali. Przykładowym reprezentantem tego rodzaju jest fala elektromagnetyczna.

Przy podziale fal mechanicznych znaczenie ma również liczba wymiarów przestrzeni, w której się rozchodzą. I w ten sposób wyróżniamy fale kuliste – występujące w przestrzeniach trójwymiarowych. Kształt ich powierzchni falowych to współśrodkowa sfera. Następne z nich to podobnie brzmiące fale koliste – funkcjonują one w przestrzeniach dwuwymiarowych. Ich powierzchnie falowe mają kształt współśrodkowych okręgów. Ostatnim z nich są fale płaskie, które również rozchodzą się w przestrzeniach dwuwymiarowych, ale ich powierzchnie falowe są w kształcie równoległych do siebie linii.

W jaki sposób rozchodzą się fale mechaniczne?

Na rozchodzenie się fali mechanicznych zasadniczy wpływ ma proces przemian odwracalnych energii mechanicznej potencjalnej, w energię kinetyczną. Podczas tych przemian część energii może zostać utracona, a zjawisko to określamy tłumieniem fali. Każdy z ośrodków może znacząco różnić się właściwościami mechanicznymi, a to prowadzi do znaczących różnic w przebiegu zjawisk falowych w odrębnych środowiskach. Jeżeli jako przykład przyjmiemy falę dźwiękową, to w powietrzu dźwięk rozchodzi się dwadzieścia razy wolniej niż w stali. Kluczowym parametrem determinującym tą zależność jest sprężystość ośrodka. Zmiana naprężenia w danym materiale wpływa na rozchodzenie się w nim fali mechanicznej. Ta właściwość wykorzystywana jest przy konstrukcji instrumentów muzycznych. Zmiana naprężenia struny wpływa na szybkość rozchodzenia się w niej fal. Dzięki temu odpowiednie jej strojenie pozwala na otrzymanie oczekiwanego dźwięku.

Dlaczego nie mogę znaleźć informacji o zastosowaniu fal mechanicznych?

Zapewne poszukując informacji na temat fal mechanicznych, próbowałeś drogi czytelniku znaleźć również informację na temat sposobu ich wykorzystania. Dlaczego nigdzie nie ma jednoznacznej odpowiedzi? Ponieważ określenie fali mechaniczną dotyczy podziału fal ze względu na możliwość rozchodzenia się, a te rozchodzą się jedynie w materii. Rodzaje fal mechanicznych podzielone zw względu na rodzaj ośrodka, które wcześniej omówiliśmy, mają bardzo szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. Dlatego też, jeżeli chcemy o ich zastosowaniach należy wyszukać informacji o tych konkretnych, które nas interesują. Należy najpierw upewnić się jednak, że taką falę możemy zaliczyć do mechanicznych.