Zawartość
Fale mechaniczne to energetyczne impulsy, które poruszają się w medium. Rozszerzają lub ściskają substancję chwilowo, gdy przechodzą przez nie, tak że obiekty stałe, ciekłe i gazowe mogą przewodzić fale mechaniczne, podczas gdy próżnia powoduje ich zatrzymanie. Niektóre przykłady tego typu fal to trzęsienia ziemi, dźwięk i fale oceanu. Istnieją eksperymenty, które mogą z łatwością pokazać działanie fali mechanicznej, różnicę między falami poprzecznymi i podłużnymi oraz wpływ, jaki ma na nie średnie napięcie.
Fala impulsowa
Przywiąż mocno linę do przedmiotu mocno przymocowanego do ściany, takiego jak poręcz. Przytrzymaj linę i odejdź od ściany, aż lina będzie lekko luźna. Szybko obróć go w górę iw dół, jakbyś trzaskał batem. Zauważ, że fala przesuwa się po długości liny od ręki do ściany iz powrotem. Ściana „odbija” falę z powrotem do ciebie. Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz, że fala, która wraca na twoją rękę, jest odwróconym, lustrzanym odbiciem fali, która płynęła w kierunku ściany. Zgodnie z Trzecim Prawem Newtona, gdy fala uderza w ścianę, reaguje na ruch popychając strunę w przeciwnym kierunku. Ta reakcja ściany powoduje odwrócenie fali.
Fala stacjonarna
Zawiąż linę między dwoma przedmiotami mocno przymocowanymi do ściany, pozostawiając linę lekko rozluźnioną. Jeśli poruszysz linę kilkakrotnie w górę iw dół, fale będą przemieszczać się tam i z powrotem między dwoma obiektami. Staraj się potrząsać liną szybciej i wolniej. W pewnym momencie powstanie fala stojąca, to znaczy, że fala się nie porusza. Długość tego typu fali jest prostym ułamkiem odległości między dwoma obiektami. Na przykład, jeśli zobaczysz falę stojącą z grzebieniem i doliną, jej długość będzie dokładnie równa odległości między obiektami. Jeśli są dwa grzebienie i dwie doliny, długość jest o połowę mniejsza. Im szybciej poruszysz linę, tym więcej stacjonarnych fal zobaczysz.
Napięcie
Wytnij gumkę, zamieniając ją w pasek zamiast koła. Pociągnij końce do punktu, w którym gumka przestanie się rozluźniać. Wykonaj ruch na gumce i zauważ, że wibruje, choć bardzo powoli. Pociągnij bardziej elastyczne końce, zwiększając napięcie i tworząc kolejny ruch. Zauważ, że wibruje szybciej. Im wyższe napięcie w sprężystym, tym szybsze wibracje.
Fala podłużna
Umieść sprężynę zabawkową na twardej powierzchni i rozciągnij ją między tobą a partnerem. Jeśli przesuniesz sprężynę z boku na bok, wynikiem będzie fala poprzeczna, a także fala utworzona przez linę. Szybkie pociąganie końcówki sprężyny spowoduje falę wzdłużną lub ściskaną. Ten typ fali nie powoduje, że sprężyna porusza się na boki; zamiast tego fala porusza się w kierunku długości sprężyny, ściskając i rozciągając zwoje. Podobnie jak w fali poprzecznej, fala podłużna odbija się, gdy osiąga drugą stronę. Fale dźwiękowe to fale kompresji, które zdarzają się, gdy cząsteczki są miażdżone i rozpraszane w powietrzu.
Bell w próżni
Miej w ręku aparat z dzwonkiem próżniowym, baterię sześcio woltową i pompę próżniową. Upewnij się, że korek zbiornika zawierający dzwon jest mocno dokręcony. Podłącz baterię do dzwonka i usłyszysz, jak gra głośno. Podłącz pompę próżniową do węża, który powinien być przymocowany do otworu zbiornika. Włącz pompę próżniową. Podłącz ponownie dzwonek do akumulatora. Gdy pompa spuszcza powietrze ze zbiornika, hałas dzwonka słabnie, aż prawie nie można go usłyszeć, mimo że klapa wyraźnie dociera do dzwonka. Odłącz wąż i odłącz pompę. Kiedy powietrze powróci do zbiornika, usłyszysz ponownie dzwonek. Fale mechaniczne, podobnie jak dźwięk, potrzebują medium, przez które można podróżować. Usunięcie tego medium, w tym przypadku powietrza, fale dźwiękowe znikają.
