A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A hullám egy rendszer olyan állapotváltozása, amely időben és/vagy térben periodikus (vagyis szabályosan ismétlődő). A mechanikai hullámok mindig valamilyen közegben terjednek (pl.: levegő, víz, szilárd test), szemben az elektromágneses és gravitációs hullámokkal, amikhez nem kell közeg. A hullámok energiát szállítanak anélkül, hogy a közegben lévő részecskék tovaterjednének. Ehelyett a mechanikai hullámban a részecskék egy fix pont körül rezegnek, az elektromágneses hullámban az elektromos térerősség- illetve a mágneses térerősségvektor változik periodikusan. A hullámban tehát energia terjed, de anyag nem.
A hullámok osztályozása
A hullámokat több szempont szerint osztályozhatjuk:
- Aszerint, hogy azokban milyen természetű zavaró hatás megy végbe:
- Mechanikai hullámok: ha mechanikai állapotváltozások terjednek.
- Elektromágneses hullámok: ha elektromágneses természetű a perturbáció.
- Gravitációs hullámok: fodrozódások a téridőben, amiket gyorsuló tömegek keltenek.
- Aszerint, hogy hány dimenziós a közeg, amiben haladnak:
- Egydimenziós pl: gumikötél
- Kétdimenziós pl: vízfelszín
- Háromdimenziós pl: a levegőben
- A bennük terjedő rezgések iránya szerint:
- Transzverzális hullámok: a hullám terjedési irányára merőlegesen rezegnek. Ilyenek például egy húron terjedő hullámok, vagy a szabad elektromágneses hullámok.
- Longitudinális hullámok: a terjedési iránnyal párhuzamosan rezegnek. Például ilyen a hanghullám.
Közvetítő közeg
A hullámok közvetítő közegét az alábbi tulajdonságok közül jellemezhetjük valahánnyal:
- lineáris közeg, ha a különböző hullámok amplitúdói bármely pontban összeadhatóak.
- zárt közeg, ha véges méretű, egyébként nyílt.
- egynemű közeg, (homogén) ha fizikai tulajdonságai mindenhol ugyanazok.
- izotróp közeg, ha fizikai tulajdonságai ugyanazok minden irányban (iránytól függetlenek).
Példák hullámokra
- Óceáni felszíni hullámok, amik a víz felszínén terjedő zavarok lásd: szörfözés és cunami).
- A rádióhullámok, mikrohullámok, infravörös sugárzás, látható fény, ultraibolya sugárzás, Röntgensugárzás, és gamma-sugárzás mind elektromágneses sugárzások. Ebben az esetben a terjedés közvetítő közeg nélkül, a vákuumon keresztül is lehetséges, ahol ezek a hullámok fénysebességgel terjednek.
- A hang olyan longitudinális mechanikai hullám, ami a levegőben, folyadékban vagy szilárd anyagban terjed. Az emberi fül által hallható hangokat a levegő közvetíti.
- A földrengéshullámok a földkéregben felgyülemlett energia felszabadulásakor keletkező lökéshullámok.
- Gravitációs hullámok, amik a gravitációs mező ingadozásai az általános relativitáselmélet jóslata szerint. Ezek a hullámok nemlineárisak és először 2015-ben figyelték meg őket közvetlenül.[1]
Jellegzetes hullámtulajdonságok
Alapjelenségek
Mindenféle hullámra jellemzőek a következő alapjelenségek:[2]
- Egyenesvonalú terjedés – a hullám egyenes vonalú terjedése homogén közegben.
- Visszaverődés – a hullám irányának megváltozása a felületen – ahol a közeg tulajdonságai megváltoznak – való áthaladás nélkül.
- Törés – a hullám irányának megváltozása a felületen – ahol a közeg tulajdonságai megváltoznak – való áthaladással.
- Elhajlás – a hullámhosszhoz hasonló méretű nyíláson áthaladó hullám körkörös „irányban” való továbbterjedése, szétterjedése.
- Interferencia – két találkozó hullám szuperpozíciója, fázishelyes összeadódása (kioltás is lehetséges a helytől függően).
- Diszperzió – a több komponenst tartalmazó hullám frekvenciák szerinti szétszóródása.
Transzverzális és longitudinális hullámok
A transzverzális hullámok a hullám terjedési irányára merőlegesen rezegnek. Ilyenek például egy húron terjedő hullámok, vagy a szabad elektromágneses hullámok.
A longitudinális hullámok a terjedési iránnyal párhuzamosan rezegnek. Például ilyen a gázokban és a folyadékokban terjedő hanghullám.
A vízhullámok a longitudinális és transzverzális hullámok kombinációi, ennek következtében a felszín pontjai elliptikus pályát járnak be.
Polarizáció
A polarizáció a transzverzális hullámok jellemzője. A térben a hullám terjedésére merőlegesen két irány lehetséges, az olyan hullámcsomagot, amelyik szigorúan kiválasztott irányban rezeg csak síkban polarizált vagy lineárisan polarizált hullámnak nevezzük. A természetes fény nem polarizált, a beérkező hullámcsomagok mindenféle polarizációjának keveréke.
Két merőleges irányú rezgés fáziseltolt összeadásával létrehozható az un. körpolarizált vagy cirkulárisan polarizált állapot is. Ilyenek a határozott impulzusmomentum állapotban levő fotonok (azaz nem minden foton).
A hullámok fizikai leírása
A hullámokat számos bevett változóval leírhatjuk, köztük olyanokkal mint a frekvencia, hullámhossz, amplitúdó és periódusidő. Az amplitúdó a hullám maximális kitérésének nagysága egy hullámcikluson belül. A hullámfajtától függően mérhetjük méterben, mint egy húr rezgései esetén, nyomásegységben, mint hanghullámok esetén vagy elektromos térerősség egységben (volt/méter), mint az elektromágneses hullámok esetén. Az amplitúdó lehet állandó, vagy változhat a hellyel és/vagy idővel. Az amplitúdó változásának alakját a hullám burkológörbéjének nevezzük.
A hullámhossz () a hullám két szomszédos azonos fázisú pontja - pl. egymást követő maximuma (vagy minimuma) -közötti távolság. A látható fény esetében ezt általában nanométerben adjuk meg. A periódusidő () egy teljes hullámoszcillációhoz (például egyik maximumtól a következő maximumig) szükséges időtartam. A frekvencia () azt adja meg, hány periódusa megy végbe a hullámnak adott idő (például 1 másodperc) alatt és hertzben mérjük. A frekvencia és a periódusidő kapcsolata a következő:
azaz más szavakkal a periódusidő és a frekvencia egymás reciprokai. A hullámok leírásakor nagyon gyakran a körfrekvenciát használjuk, ami a frekvenciával a következő összefüggésben áll:
- .
A körfrekvencia azt adja meg, hogy a leíráshoz használt szögváltozó (a hullám fázisa) mennyit változik egy periódusidő alatt és radián per másodpercben (rad/s) mérjük.
Haladó hullámok
Az egy helyben maradó minimumhelyű hullámokat állóhullámoknak – például a hegedűhúr rezgése – hívjuk. A térben valamerre elmozduló minimum-, és maximumhelyű hullámokat haladó hullámoknak nevezzük. Az utóbbiakat térben és időben egyaránt változó kitérések jellemzik. A haladó síkhullámot így írhatjuk le:
ahol A(r,t) az amplitúdó burkológörbéje, a hullámszám és a kezdőfázis. A hullám sebességét
adja meg, ahol a hullámhossz. Az állóhullámok leírhatók haladó hullámok interferenciájaként.
Terjedés egy húr mentén
Egy húr mentén terjedő longitudinális hullám sebessége () függ a rugalmassági modulustól () és a sűrűségtől ():
A hullámegyenlet
Jegyzetek
- ↑ Gravitációs hullámokat észleltek száz évvel Einstein előrejelzése után. ligo.elte.hu, 2016. február 11. (Hozzáférés: 2016. február 11.)
- ↑ Hullámtani jelenségek Google Earth műholdfelvételeken a FizKapu Archiválva 2007. február 19-i dátummal a Wayback Machine-ben honlap Letölthető rovatában.
További információk
- Kísérletek: Rezgések, hullámok, hangtan Archiválva 2004. november 6-i dátummal a Wayback Machine-ben ELTE
- Budó Á.: Kísérleti fizika I, III., Tankönyvkiadó, Bp. 1992
- Jenkins F. A., White H .E.: Fundamentals of Optics, McGraw-Hill, Auckland, 1976
- Möller K.D.: Optics, Cal Univ. Sci., Mill Valley, 1988
- Veit, Ivar. Műszaki akusztika. Műszaki könyvkiadó (1977)
- Diagram Group: Facts on File Physics Handbook. New York: Facts on File, 2006
- Magyarított Flash szimuláció a haladó hullám matematikai leírásának szemléletesítésére. Szerző: David M. Harrison
- Magyarított Flash szimuláció állóhullámokról egy kör kerülete mentén. Szerző: David M. Harrison
- Rezgések és hullámok fényképei a FizKapu portálon.
- Fizikakönyv.hu – Mechanikai hullámok
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.