Hullám - huwiki.org

Hullám



A hullám egy rendszer olyan állapotváltozása, amely időbeli 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 hullám tehát energiát szállít, de tömeget nem.

Tartalomjegyzék

A hullámok osztályozása


A hullámokat több szempont szerint osztályozhatjuk:

  1. Aszerint, hogy azokban milyen természetű zavaró hatás megy végbe:
    1. Mechanikai hullámok: ha mechanikai állapotváltozások terjednek.
    2. Elektromágneses hullámok: ha elektromágneses természetű a perturbáció.
    3. Gravitációs hullámok: fodrozódások a téridőben, amiket gyorsuló tömegek keltenek
  2. Aszerint, hogy hány dimenziós a közeg, amiben haladnak:
    1. Egydimenziós pl: gumikötél
    2. Kétdimenziós pl: vízfelszín
    3. Háromdimenziós pl: a levegőben
  3. A bennük terjedő rezgések iránya szerint:
    1. Transzverzális hullámok: a hullám terjedési irányára merőlegesen rezegnek. Ilyenek például egy húron terjedő hullámok, vagy a szabad elektromágneses hullámok.
    2. Longitudinális hullámok: a terjedési iránnyal párhuzamosan rezegnek. Például ilyen a hanghullám.

Közvetítő közeg

A hullámok közvetítő közegét az alábbi tulajdonságok közül jellemezhetjük valahánnyal:

Példák hullámokra

Jellegzetes hullámtulajdonságok


Alapjelenségek

Mindenféle hullámra jellemzőek a következő alapjelenségek:[2]

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 legtöbb hanghullám.

A vízhullámok a longitudinális és transzverzális hullámok kombinációi, ennek következtében a felszín pontjai elliptikus pályát járnak be.

Polarizáció

A transzverzális hullámok jellemzője. A térben a terjedésre merőlegesen két irány lehetséges, az olyan hullámcsomagot, amelyik szigorúan kiválasztott irányban rezeg csak (sík)polarizált hullámnak nevezzük. A fény közönséges esetben nem polarizált, a beérkező hullámcsomagok mindenféle polarizációjának keveréke.

Létezik a kétféle irányú rezgés fáziseltolt összeadásával létrehozható körpolarizált 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 (λ) a hullám két egymást követő maximuma (vagy minimuma) közötti távolság. Elektromágneses hullámok esetében ezt általában nanométerben adjuk meg. A periódusidő (T) egy teljes hullámoszcillációhoz (például egyik maximumtól a következő maximumig) szükséges időtartam. A frekvencia (f) azt adja meg, hány periódusa megy végbe a hullámnak adott idő (például 1 másodperc) alatt és hertzben mérjük. Összefüggésük a következő:

\({\displaystyle f={\frac {1}{T}}}\)

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:

\({\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}}\).

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 utóbbiak térben és időben egyaránt változó kitérések jellemzik, amiket így írhatunk le:

\({\displaystyle \psi =A(r,t)\sin(\omega t-kr+\delta )=A(r,t)\sin[\omega {\Bigl (}t-{\frac {x}{c}}{\Bigr )}+\delta ]=A(r,t)\sin[2\pi {\Bigl (}vt-{\frac {x}{\lambda }}{\Bigr )}+\delta ]}\)

ahol A(r,t) az amplitúdó burkológörbéje, \({\displaystyle k={\frac {2\pi }{\lambda }}}\) a hullámszám és \({\displaystyle \delta }\) a kezdőfázis. A hullám v sebességét

\({\displaystyle v={\frac {\omega }{k}}=\lambda f,}\)

adja meg, ahol λ a hullámhossz. Az állóhullámok leírhatók haladó hullámok interferenciájaként.

Terjedés egy húr mentén

A hullám sebessége (v) egy húr mentén közvetlenül arányos a mechanikai feszültség (T) és a lineáris sűrűség (ρ) hányadosával:

\({\displaystyle v={\sqrt {\frac {T}{\rho }}}.}\)

Ezt az egyenletet például dimenzióanalízis segítségével kaphatjuk meg.

A hullámegyenlet

Jegyzetek


  1. Gravitációs hullámokat észleltek száz évvel Einstein előrejelzése után . ligo.elte.hu, 2016. február 11. (Hozzáférés: 2016. február 11.)
  2. Hullámtani jelenségek Google Earth műholdfelvételeken a FizKapu Archiválva 2007. február 19-i dátummal a Wayback Machine-ben honlap Letölthető rovatában.

További információk


A Wikimédia Commons tartalmaz Hullám témájú médiaállományokat.
  • Fizikaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap



Kategóriák: Fizikai alapfogalmak


Dátum: 23.01.2021 04:44:39 CET

Eredet: Wikipedia (Szerzői [Laptörténet])    Licenc: CC-by-sa-3.0

Változtatások: Az összes képet és a hozzájuk kapcsolódó legtöbb látványelemet eltávolítottuk. Néhány ikont a FontAwesome-Icons váltotta fel. Néhány sablont eltávolítottak (például „a cikk kibővítéséhez szükséges”) vagy hozzárendelte (mint például „hatjegyek”). A CSS osztályokat vagy eltávolították, vagy harmonizálták.
A Wikipedia-tól olyan linkeket, amelyek nem vezetnek cikkhez vagy kategóriához (mint például a „Redlinks”, „a szerkesztési oldalra mutató linkek”, „a portálok linkjei”), eltávolították. Minden külső linkhez tartozik egy további FontAwesome-Icon. Néhány apró változtatás mellett a médiatartályt, a térképeket, a navigációs dobozokat, a beszélt verziókat és a geomikroformátumokat eltávolítottuk.

Felhívjuk figyelmét: Mivel az adott tartalmat az adott időpontban automatikusan a Wikipedia veszi, a kézi ellenőrzés volt és nem lehetséges. Ezért a nowiki.org nem garantálja a megszerzett tartalom pontosságát és aktualitását. Ha van olyan információ, amely pillanatnyilag hibás, vagy pontatlan a képernyő, akkor nyugodtan lépjen kapcsolatba velünk: email.
Lásd még: Om oss & Adatvédelmi irányelvek.