A hullám amplitúdója kritikus tulajdonság. Tehát, ha tudni szeretné: „Változik a hullám amplitúdója?” Mikor, miért és hogyan történnek ezek a dolgok? Akkor menj és olvass.
Az elektromágneses hullám, az akusztikus hullám vagy bármely más hullám által szállított energia egyenesen arányos az adott hullám amplitúdó négyzetével. Így amikor a hullám energiája megváltozik, annak hatása befolyásolja a hullám amplitúdóját.
Mielőtt kérdéseink mélyére mennénk, változik-e a hullám amplitúdója, hogyan, mikor és miért? Először röviden tájékozódjunk a hullámról és annak amplitúdójáról.
Hullám: A fizikában a hullámot energiaszállítási jelenségnek tekintik, amely energiát ad át a közeggel együtt anélkül, hogy anyagot hordozna. Ennek eredményeként azt gondoljuk, hogy ez egy közepes zavar, amely energiát szállít, de nem tömeget. Elsősorban kétféle hullám létezik, amelyeket az alábbiakban sorolunk fel:
- 1. Hosszanti: hang hullámok
- 2. Keresztirányú: Elektromágneses hullámok vagy fényhullámok
amplitúdó: A hullám nyugalmi helyzete és a maximális elmozdulása közötti teljes távolságot amplitúdójának nevezzük.
Hullámhossz: Egyetlen hullám méretét vagy hosszát hullámhossznak nevezzük. Kiszámítása két egymást követő csúcs közötti távolság vagy rés.
Frekvencia: A hullám frekvenciája megmutatja, hogy adott idő alatt hány hullám halad el egy adott helyen.
Ha a hanghullámokat fontolgatja, azok amplitúdója határozza meg a hang hangosságát. A hanghullám nagyobb amplitúdója azt jelenti, hogy nagyobb a hangereje, az alacsonyabb amplitúdó pedig alacsonyabb hangerőt jelent.
Amikor egy fényhullámot vizsgálunk, a hullám amplitúdója nem más, mint a fényesség ill intenzitás a hullám más, azonos hullámhosszúságú fényhullámaihoz képest. A nagyobb amplitúdójú fénynek nagyobb az intenzitása vagy fényereje, míg a kisebb amplitúdójú fénynek kisebb az intenzitása vagy fényereje.
Most az a kérdés, hogy változik-e a hullám amplitúdója? Lássuk, hogyan alakulnak a dolgok.
Változik a hullám amplitúdója?
⇒ A hullám amplitúdója döntő jellemző.
A hullám amplitúdója nem állandó jellemző. Ennek eredményeként a helyzeti tényezők változhatnak.
Mikor változik a hullám amplitúdója?
⇒ Tudjuk, hogy a hullám energiája mindig megmarad, ami azt jelenti, hogy nem semmisíthető meg vagy nem generálható.
Bármely hullám frekvenciája és amplitúdója független tulajdonságok. A frekvenciaváltozás azonban energiaváltozáshoz vezet. Így minden hullám amplitúdója, legyen az longitudinális vagy keresztirányú, az energiával változik, hogy megőrizze a teljes energiát.
Miért változik a hullám amplitúdója?
⇒ A hullám amplitúdója a hullám energiájának változásával változhat.
A hullám energiája és a hullám amplitúdója szorosan összefügg egymással. A hullám energiája és a hullám amplitúdója közötti összefüggést az alábbiak szerint adjuk meg:
E∝ A2
Ahol az E betű a hullám energiáját, az A betű pedig a hullám amplitúdóját jelöli.
Láthatjuk, hogy a hullám energiája egyenesen arányos a hullám amplitúdójának négyzetével. Így, ha van egy kis energiaváltozás, az négyzetes amplitúdóváltozást eredményez.
A hullámkapcsolatok energiájából és amplitúdójából arra következtethetünk, hogy ha egy hullám energiája nagy, akkor az amplitúdója nagy lesz. Az alacsony energiájú hullám amplitúdója hasonló lesz az alacsony energiájú hullám amplitúdójához. Mindkét forgatókönyvet az alábbi ábra mutatja be.
Így azt mondhatjuk, hogy a hullám energiájának bármilyen változása a hullám amplitúdójának változásához vezet.
Hogyan változik a hullám amplitúdója?
⇒ Az amplitúdó változásának legvalószínűbb oka az energia változása, de lehet a hullámsebesség változása is. A hullám energiája emelkedhet vagy csökkenhet.
Ha van hullámhajtója, akkor azzal növelheti az energiát, és így az amplitúdót is. Amikor azonban egy hullám áthalad egy közegen, az energia egy része felhígul, ami az amplitúdó csökkenését eredményezi. Néha nem az energia, hanem a hullámsebesség változása eredményezi a hullám amplitúdójának változását is, ahogy az az óceán hullámaiban is látható.
Nézzünk meg néhány valós példát, hogy lássuk, miről beszélünk.
Azt már részletesen tárgyaltuk, hogy a hullám amplitúdója a hullám által hordozott energiától függ. Ma már tudjuk, hogy minden közegnek van súrlódása. Nincs olyan, hogy súrlódásmentes közeg vagy ideális közeg. Ennek eredményeként, amikor egy hullám a közegen keresztül mozog, súrlódást tapasztal. A hullám energiája felhígul, ahogy szétterül a közegben, legyőzve a közeg súrlódását. Az energiaveszteség a hullám amplitúdójának csillapítását vagy csökkenését eredményezi.
Most már az energia mennyiségét is növelhetjük a hullámhajtó segítségével. Itt a „hullámvezető” egyszerűen a hullámon végzett következetes munkát jelenti. Tekintsük a kezdetben nyugalomban lévő csavarrugó esetét. Amikor vízszintes irányba nyújtja, keresztirányú hullám vagy impulzus keletkezik. Más szóval, amint erőt fejt ki a rugóra, az a kifejtett erővel arányosan el fog térni nyugalmi helyzetéből.
A nagyobb amplitúdó vagy maximális elmozdulás eléréséhez több energiát kell alkalmazni, vagy több munkát kell végezni. Végül, az energia, amelyet egy keresztirányú impulzus vagy hullám a közegen keresztül visz, az amplitúdójához kapcsolódik. A transzverzális impulzusok vagy hullámok hullámhosszát, frekvenciáját és sebességét nem befolyásolja, ha sok energiát helyezünk bele. Az impulzusra vagy hullámra alkalmazott energia mennyisége csak az impulzus vagy hullám amplitúdóját változtatja meg.
Óceán hullám:
Az óceán hullámainak amplitúdójának változását a hullámsebesség lassulása okozza. A hullám lassítása lehetővé teszi, hogy az energia nagyobb amplitúdójú hullámokká alakuljon, mivel a hullám által hordozott frekvencia és energiaszint nem változhat. Ha a sekélyebb vízhez közeledő óceán hullámait figyeljük, ez a hatás nagyon észrevehető. Ahogy a terjedési sebesség lelassul, a hullámhegyek összezsúfolódnak. A zsúfoltság hatására a hullámmagasságok vagy az amplitúdó a hullám megszakadásáig nőnek.
Gyakran ismételt kérdések (GYIK):
Q: Változik az amplitúdó az idő múlásával?
Válasz: Ideális esetben a hullám amplitúdója nem változhat az idő múlásával. Ahogy azonban a való világban élünk, a dolgok változnak.
A való világban nincs olyan, hogy súrlódásmentes rendszer. Ennek eredményeként, ahogy a hullám energiát veszít, a hullám amplitúdója idővel csökken. Amikor tanulmányozunk egy egyszerű harmonikus mozgás, láthatjuk, hogy az egyszerű harmonikus hullám amplitúdója idővel exponenciálisan csökken.
A következő grafikon a hullám időbeli csillapítását mutatja:
K.: Változik-e a hullám amplitúdója, ha a hullám megváltoztatja a terjedési közeget?
Válasz: Amikor a hullám az egyik közegből a másikba terjed, a hullám egy része átmegy a közegen, a fennmaradó része pedig visszaverődik.
A hullámnak a közegen áthaladó része a hullám energiájának a közegben elveszett részét jelenti. A visszavert hullámokat a maradék energiának tekintjük. Mivel a közeg változása energiacsökkenést okoz, ez közvetlenül az amplitúdó változása (pontosabban csökkenése) felé vezet.
K.: Mi történik, ha a hullám amplitúdója megduplázódik?
Válasz: A hullám amplitúdója közvetlen kapcsolatban áll az energiával, amit az alábbiakban adunk meg:
E∝ A2
Ha egy hullám amplitúdója megduplázódik, a hullám energiája négyszeresére nő. Ennek eredményeként a hullám amplitúdójának megkétszerezése a hullám által átvitt energia négyszeresét jelenti.
Hasonlóképpen, ha egy hullám amplitúdója megháromszorozódik, az kilencszeres növekedést jelent a hullám által szállított energiaellátásban.
Kattintson ide tudni, hogyan kell megtalálni a hullám amplitúdóját.
Reméljük, hogy megfelelő válaszokat adtunk kérdéseire. Változik a hullám amplitúdója? Mikor változik a hullám amplitúdója? Miért változik a hullám amplitúdója? Hogyan változik a hullám amplitúdója? Kérjük, látogasson el weboldalunkra, ha további tudományos témájú cikkeket szeretne olvasni.
