Drgania i fale mechaniczne

1.Ruch drgający

Ruch okresowy, w którym ciało porusza się tam i z powrotem wokół położenia równowagi. Po pewnym czasie ruch powtarza się w taki sam sposób.

2.Położenie równowagi

Położenie, w którym wypadkowa sił działających na ciało jest równa zero i ciało bez zaburzenia pozostawałoby w spoczynku.

3.Wychylenie

Odległość ciała od położenia równowagi w danej chwili. Może być dodatnie lub ujemne zależnie od przyjętego kierunku.

4.Amplituda

Maksymalne wychylenie ciała z położenia równowagi. Oznacza się ją zwykle literą $A$.

5.Okres drgań

Czas wykonania jednego pełnego drgania. Oznacza się go literą $T$, a jednostką w układzie SI jest sekunda.

6.Częstotliwość

Liczba pełnych drgań wykonanych w czasie $1\,\mathrm{s}$. Oznacza się ją literą $f$, a jednostką jest herc: $1\,\mathrm{Hz}=1\,\mathrm{s}^{-1}$.

7.Zależność między okresem i częstotliwością

Okres i częstotliwość są odwrotnościami: $f=\frac{1}{T}$ oraz $T=\frac{1}{f}$. Gdy częstotliwość rośnie, okres maleje.

8.Drganie pełne

Jeden pełny cykl ruchu drgającego, po którym ciało wraca do tego samego położenia i porusza się w tym samym kierunku co na początku.

9.Siła sprężystości

Siła pojawiająca się przy odkształceniu ciała sprężystego, np. sprężyny. Jest skierowana tak, by przywrócić ciało do położenia równowagi.

10.Drgania swobodne

Drgania zachodzące po jednorazowym wychyleniu ciała z położenia równowagi, bez dalszego dostarczania energii z zewnątrz.

11.Drgania wymuszone

Drgania powstające pod wpływem okresowo działającej siły zewnętrznej. Ich częstotliwość zależy od źródła wymuszenia.

12.Tłumienie drgań

Stopniowe zmniejszanie amplitudy drgań wskutek strat energii, np. przez tarcie lub opór powietrza.

13.Rezonans mechaniczny

Zjawisko gwałtownego wzrostu amplitudy drgań wymuszonych, gdy częstotliwość wymuszająca jest równa lub bardzo bliska częstotliwości własnej układu.

14.Wahadło

Układ wykonujący drgania pod wpływem siły ciężkości, np. ciężarek zawieszony na nici. W szkolnych przykładach analizuje się zwykle małe wychylenia.

15.Częstotliwość własna

Częstotliwość, z jaką układ drga swobodnie po wychyleniu z położenia równowagi. Zależy od właściwości układu.

16.Fala mechaniczna

Rozchodzące się w ośrodku zaburzenie, które przenosi energię, ale nie powoduje trwałego przemieszczania całej materii wraz z falą.

17.Ośrodek sprężysty

Substancja, w której może rozchodzić się fala mechaniczna, np. powietrze, woda, metal. Fale mechaniczne nie rozchodzą się w próżni.

18.Źródło fali

Ciało lub miejsce wywołujące zaburzenie w ośrodku, od którego zaczyna się rozchodzenie fali.

19.Fala podłużna

Fala, w której drgania cząstek ośrodka odbywają się równolegle do kierunku rozchodzenia się fali. Przykładem jest dźwięk w powietrzu.

20.Fala poprzeczna

Fala, w której drgania cząstek ośrodka odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali. Przykładem jest fala na napiętej linie.

21.Długość fali

Najmniejsza odległość między dwoma punktami drgającymi w tej samej fazie. Oznacza się ją literą $\lambda$.

22.Prędkość rozchodzenia się fali

Prędkość, z jaką zaburzenie przemieszcza się w ośrodku. Zależy od właściwości ośrodka, np. jego sprężystości i gęstości.

23.Wzór na prędkość fali

Prędkość fali obliczamy ze wzoru $v=\lambda f$ lub równoważnie $v=\frac{\lambda}{T}$.

24.Okres fali

Czas, po którym punkt ośrodka wykonuje jedno pełne drganie podczas przechodzenia fali. Jest taki sam jak okres drgań źródła.

25.Faza drgań

Informacja o stanie drgań w danej chwili. Punkty w tej samej fazie mają takie samo wychylenie i poruszają się w tym samym kierunku.

26.Grzbiet i dolina fali

Grzbiet to punkt o największym dodatnim wychyleniu, a dolina to punkt o największym ujemnym wychyleniu w fali poprzecznej.

27.Zagęszczenie i rozrzedzenie

W fali podłużnej zagęszczenia to obszary, gdzie cząstki są bliżej siebie, a rozrzedzenia to obszary, gdzie są dalej od siebie.

28.Odbicie fali

Zmiana kierunku rozchodzenia się fali po napotkaniu przeszkody lub granicy ośrodków. Fala wraca do poprzedniego ośrodka.

29.Załamanie fali

Zmiana kierunku i prędkości rozchodzenia się fali przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego.

30.Dyfrakcja

Ugięcie fali na przeszkodach i szczelinach. Jest wyraźne szczególnie wtedy, gdy rozmiar przeszkody lub szczeliny jest porównywalny z długością fali.

31.Interferencja fal

Nakładanie się fal prowadzące do wzmocnienia lub osłabienia wychylenia. To skutek zasady superpozycji.

32.Zasada superpozycji

Jeśli w ośrodku spotykają się fale, wychylenie wypadkowe jest sumą wychyleń wywołanych przez każdą falę osobno.

33.Fala stojąca

Powstaje przez nakładanie się dwóch fal o tej samej częstotliwości i amplitudzie, biegnących w przeciwnych kierunkach. Tworzą się węzły i strzałki.

34.Węzeł fali stojącej

Punkt fali stojącej, który nie drga, czyli ma stale zerowe wychylenie.

35.Strzałka fali stojącej

Punkt lub obszar fali stojącej, w którym amplituda drgań jest największa.

36.Dźwięk

Fala mechaniczna podłużna rozchodząca się w ośrodku materialnym. Dla człowieka słyszalne są zwykle dźwięki o częstotliwościach od około $16\,\mathrm{Hz}$ do $20000\,\mathrm{Hz}$.

37.Ultradźwięki

Fale dźwiękowe o częstotliwości większej niż $20000\,\mathrm{Hz}$, niesłyszalne dla człowieka.

38.Infradźwięki

Fale dźwiękowe o częstotliwości mniejszej niż około $16\,\mathrm{Hz}$, również niesłyszalne dla człowieka.