Εγκάρσια και διαμήκη κύματα, η διαφορά;

Φαινόμενα που σχετίζονται με δονήσεις, ήχους και κύματα εμφανίζονται συχνά γύρω μας. Απλώς πείτε τις δονήσεις ενός σεισμού, τον ήχο των πουλιών που τραγουδούν και τα κύματα του θαλασσινού νερού. Σε αυτήν τη συζήτηση, θα εξοικειωθούμε περαιτέρω με το τελευταίο φαινόμενο, δηλαδή τα κύματα.

Λοιπόν, τι σημαίνει κύματα; Τα κύματα είναι δονήσεις που διαδίδονται. Για παράδειγμα, ένα παιδί δένει το άκρο ενός σχοινιού σε ένα κλαδί δέντρου. Στη συνέχεια, το παιδί δονεί τακτικά το άλλο άκρο του σχοινιού πάνω-κάτω. Μπορεί να φανεί ότι με την πάροδο του χρόνου η δόνηση διαδίδεται κατά μήκος του σχοινιού μέχρι να φτάσει στο άκρο του σχοινιού το οποίο είναι δεμένο και σχηματίζει κύμα.

Από αυτήν την εικόνα παίρνουμε τον ορισμό ότι η διάδοση μιας δόνησης ονομάζεται κύμα.

Η ιδανική μορφή ενός κύματος θα ακολουθήσει την ημιτονοειδή κίνηση. Εκτός από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, και πιθανώς τη βαρυτική ακτινοβολία, η οποία μπορεί να ταξιδέψει μέσω κενού, κύματα υπάρχουν επίσης σε ένα μέσο (το οποίο λόγω της αλλαγής του σχήματος μπορεί να παράγει μια δύναμη ελατηρίου) όπου μπορούν να ταξιδεύουν και μπορούν να μετακινούν ενέργεια από το ένα μέρος στο άλλο χωρίς να προκαλούν τα σωματίδια του μέσου. μετακινηθείτε μόνιμα. δηλαδή, δεν υπάρχει μαζική κίνηση.

Ένα μέσο είναι γραμμικό εάν μπορούν να προστεθούν τα διαφορετικά κύματα σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο του μέσου. περιορισμένο εάν είναι περιορισμένο, διαφορετικά ονομάζεται "άπειρο". ομοιόμορφο εάν τα φυσικά χαρακτηριστικά τους δεν αλλάζουν σε διαφορετικά σημεία. ισοτροπικό εάν τα φυσικά χαρακτηριστικά τους είναι «τα ίδια» σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Με βάση την κατεύθυνση διάδοσης και την κατεύθυνση της δόνησης, τα κύματα ομαδοποιούνται σε δύο τύπους, δηλαδή τα εγκάρσια κύματα και τα διαμήκη κύματα.

Εγκάρσια κύματα

Τα εγκάρσια κύματα είναι κύματα των οποίων η κατεύθυνση διάδοσης είναι κάθετη προς την κατεύθυνση της δόνησης.

Για παράδειγμα, ένα παιδί δονεί ένα σχοινί που καταλήγει σε ένα δέντρο έτσι ώστε να σχηματίζονται κύματα στο σχοινί όπως φαίνεται. Μπορεί να φανεί ότι τα κύματα που σχηματίζονται στο σχοινί είναι εγκάρσια κύματα, όπου η κατεύθυνση διάδοσης είναι κάθετη προς την κατεύθυνση της δόνησης.

εγκάρσια κύματα

Τα εγκάρσια κύματα εμφανίζονται γενικά σε ελαστικά στερεά. Η ταλάντωση σε αυτήν την περίπτωση είναι η κίνηση ενός στερεού σωματιδίου μακριά από τη χαλαρή θέση του, προς την κατεύθυνση κάθετη προς τη διάδοση του κύματος. Δεδομένου ότι η μετατόπιση αντιστοιχεί στην τοπική παραμόρφωση διάτμησης του υλικού, το εγκάρσιο κύμα αυτής της ιδιότητας καλείται κύμα διάτμησης. Στη σεισμολογία, τα διατμητικά κύματα καλούνται επίσης δευτερεύοντα κύματα ή S-κύματα.

(Διαβάστε επίσης: Κατανόηση της διαφοράς των κραδασμών και των κυμάτων)

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα εγκάρσιων κυμάτων, συμπεριλαμβανομένων των κυμάτων στα σχοινιά και των ελαφριών κυμάτων.

Διαμήκη κύματα

Σε αντίθεση με τα εγκάρσια κύματα, τα διαμήκη κύματα είναι κύματα των οποίων η κατεύθυνση διάδοσης είναι παράλληλη προς την κατεύθυνση της δόνησης.

Για παράδειγμα, ένα ελατήριο με ένα άκρο δεσμευμένο οριζόντια βρίσκεται σε ισορροπία. Στη συνέχεια τραβιέται και απελευθερώνεται, προκαλώντας δονήσεις και κύματα την άνοιξη. Μπορεί να φανεί ότι το κύμα που σχηματίζεται στο ελατήριο είναι ένα διαμήκες κύμα όπου η κατεύθυνση διάδοσης είναι παράλληλη προς την κατεύθυνση της δόνησης.

διαμήκη κύματα

Τα διαμήκη κύματα περιλαμβάνουν ηχητικά κύματα (δονήσεις σε πίεση, μετατόπιση σωματιδίων και ταχύτητα σωματιδίων που διαδίδονται σε ελαστικό μέσο) και σεισμικά κύματα Ρ (που δημιουργούνται από σεισμούς και εκρήξεις). Σε ένα διαμήκες κύμα, η μετατόπιση των μέσων είναι παράλληλη με τη διάδοση του κύματος. Τα κύματα κατά μήκος ενός τεντωμένου παιχνιδιού Slinky, όπου η απόσταση μεταξύ των πηνίων αυξάνεται και μειώνεται, είναι μια καλή οπτικοποίηση και έρχεται σε αντίθεση με τα όρθια κύματα κατά μήκος των εγκάρσιων ταλαντωτών χορδών κιθάρας.

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα διαμήκων κυμάτων, συμπεριλαμβανομένων κυμάτων σε πηγές και ηχητικών κυμάτων.