ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΜΕ ΤΟ ΧΩΡΟ

(Από τη γνωστή φυσική)

Μήκος κύματος

Το κεντρικό σημείο στο οποίο ξεκινάει η διαταραχή της ισορροπίας του μέσου, λέγεται πηγή των κυμάτων. Τα κύματα μεταφέρουν ενέργεια δια μέσου της σύστασης του φορέα τους, χωρίς να μεταφέρουν την ύλη του μέσου αυτού. Δηλαδή, εάν στην επιφάνεια του νερού επιπλέουν αντικείμενα αυτά δεν απομακρύνονται μαζί με τα κύματα αλλά ταλαντώνονται κατακόρυφα, όπως και το κεντρικό σημείο που ξεκίνησε η διαταραχή. Η συχνότητα ταλαντώσεως του κεντρικού σημείου όπου ξεκινούν τα κύματα καθορίζει τη συχνότητα του κύματος. Τα κύματα λέγονται εγκάρσια, όταν τα μόρια του ελαστικού μέσου ταλαντώνονται σε διεύθυνση κάθετη προς τη διεύθυνση διαδόσεως του κύματος. Μήκος κύματος (λ) λέγεται η απόσταση στην οποία διαδίδεται η διαταραχή σε χρόνο ίσο προς την περίοδο του κύματος, δηλαδή από τη μία κορυφή μέχρι την επόμενη. Ο αριθμός των κυμάτων που "διέρχονται" στη μονάδα του χρόνου ονομάζεται συχνότητα. Η πιο γνωστή μονάδα της συχνότητας είναι ο κύκλος ανά δευτερόλεπτο που λέγεται Hz. Η συχνότητα είναι το αντίστροφο της περιόδου, δηλαδή συχνότητα f = 1/ T.

Βασικές ιδιότητες των κυμάτων είναι:

Προέρχονται από μία πηγή. Έχουν ένα εύρος (ή ύψος) και συχνότητα (ή και περίοδο). Άλλο χαρακτηριστικό τους είναι η φάση, δηλαδή που βρίσκεται και σε ποιο χρόνο, σε σχέση με ένα άλλο. Όταν τα κύματα που κινούνται προς μία κατεύθυνση συναντήσουν κύματα από άλλο σημείο προέλευσης, τότε μπορεί να προκύψουν μεγαλύτερα κύματα (όταν βρίσκονται σε φάση) ή μικρότερα (όταν έχουν διαφορά φάσης). Όταν λ.χ. τα θαλάσσια κύματα με τον ίδιο ρυθμό συναντηθούν και συμπέσουν ακριβώς (έτσι ώστε το ύψος του ενός κύματος να συμπέσει με το ύψος του άλλου) τότε τα ύψη τους προσθέτονται. Αν συμβεί αντιθέτως τότε ακυρώνονται.

Σημαντικές πληροφορίες για τα στάσιμα κύματα: Όταν ένα οδεύων κύµα συναντηθεί με ένα άλλο κύμα που έχει ίσο πλάτος, αλλά αντίθετη διεύθυνση διάδοσης, τότε γίνεται συμβολή των δύο κυµάτων. Η συμβολή του προσπίπτοντος και του ανακλώµενου κύµατος δεν προκαλεί πάντοτε στάσιμα κύματα. Για να δημιουργηθεί και να διατηρηθεί το στάσιμο κύμα θα πρέπει να γίνει κάποιος συγχρονισμός των ταλαντώσεων σε σχέση με την πηγή που τις προκαλεί . Η ανάκλαση του κύματος σε σταθερό σηµείο, προκαλεί µεταβολή της φάσης του κύματος. Το στάσιµο κύµα έχει ορισµένα σηµεία τα οποία έχουν μηδενικό (ή ελάχιστο) πλάτος ταλάντωσης και άλλα σηµεία που έχουν µέγιστο πλάτος ταλάντωσης. Η θέση των σηµείων αυτών δεν µεταβάλεται µε τον χρόνο και για το λόγο αυτό τα κύµατα που προκύπτουν λέγονται στάσιµα. Π.χ. όταν πάλλεται μια χορδή, τα παραγόμενα κύματα οδεύουν και προς τις δύο κατευθύνσεις των άκρων της χορδής, όπου εκεί διακόπτονται και ανακλώνται προς το αρχικό σημείο ταλάντωσης και εκεί συναντιώνται. Το μέγιστο πλάτος ταλάντωσης είναι διπλάσιο από αυτό των αρχικών κυμάτων που συμβάλλουν. Τα σημεία τα οποία δεν ταλαντώνονται (όπως είναι τα άκρα της χορδής) ονομάζονται δεσμοί σε αντίθεση με τις λεγόμενες κοιλίες. Σ’ ένα στάσιμο κύμα, το µήκος κύµατος λ είναι η απόσταση ανάµεσα σε δύο διαδοχικά µέγιστα ή δύο διαδοχικά ελάχιστα. Από τις γνωστές σχέσεις προκύπτει ότι το μήκος κύματος του στάσιμου κύματος είναι το μισό των αρχικών κυμάτων, δηλαδή λ=λ/2.

Βασικές διαφορές των στάσιµων από τα τρέχοντα κύµατα:

α) Στα στάσιμα κύματα, το πλάτος της ταλάντωσης των κυμάτων δεν είναι το ίδιο σε όλο το μήκος. Μεταβάλλεται από µηδέν έως 2 φορές από το πλάτος των αρχικών κυμάτων που συμβάλλουν και εξαρτάται από τη θέση τους. Στα τρέχοντα κύµατα όλα τα µόρια/τμήματα ταλαντώνονται µε το ίδιο πλάτος.

β) Στα στάσιμα κύματα δεν γίνεται μεταφορά ενέργειας ενώ στα τρέχοντα μεταφέρεται.

γ) Στα στάσιμα κύματα υπάρχουν σημεία που παραμένουν ακίνητα ενώ στα τρέχοντα κύµατα όλα τα σημεία εκτελούν ταλάντωση.

δ) Στα στάσιμα κύματα τα σημεία του "ελαστικoύ" µέσου περνούν ταυτόχρονα από τη θέση ισορροπίας τους ενώ στα τρέχοντα κύµατα σε διαφορετικές χρονικές στιγµές.

ε) Στα στάσιμα κύματα δύο σηµεία που απέχουν απόσταση µικρότερη από λ/2 έχουν την ίδια φάση µεταξύ δύο δεσµών ή διαφορά φάσης ίση µε π εκατέρωθεν του δεσµού, ενώ στα τρέχοντα κύµατα δύο σηµεία που απέχουν απόσταση µικρότερη από λ έχουν διαφορά φάσης που κυµαίνεται από 0 έως 2π.

αντίφαση ανάμεσα στην έννοια της διατήρησης της ενέργειας με τον ατελείωτο χρόνο και το άπειρο μήκος στο χώρο