7. MECHANICKÉ VLNĚNÍ
Pro popis vlnění vedeme ve směru postupu vlnění přímku a zvolíme na ní počátek. Jestliže body prostředí kmitají harmonicky, má bod, který leží ve vzdálenosti x od počátku, v čase t okamžitou výchylku
kde v je velikost rychlosti vlnění v daném prostředí, = 2 .T -1 = 2 f je úhlová frekvence, ym amplituda výchylky, T perioda a f frekvence vlnění a současně i frekvence kmitavých pohybů bodů prostředí. Vlnová délka = vT je vzdálenost dvou nejbližších bodů na zvolené přímce, které knmitají se stejnou fází.
Jestliže do určitého bodu prostředí dospějí dvě vlnění téhož druhu z různých zdrojů (nebo z téhož zdroje po navzájem různých trajektoriích), mohou navzájem interferovat. Při interferenci vlnění prostupujících týmž směrem rozlišujeme dva případy:
1. Interferující vlnění mají v daném prostedí stejně velké rychlosti a stejné frekvence (a tedy i stejné vlnové délky). Jsou-li x1, x2 dráhy, které vlnění urazila od zdroje vlnění k bodu, ve kterém interferují, a je-li dráhový rozdíl |x2 - x1| = d = 2k( .2 -1) (k = 0, 1, 2,...), výsledná amplituda je rovna součtu amplitud interferujících vlnění ( podmínka maxima), ym = yym1y + yym2y. Má-li dráový rozdíl hodnotu |x2 - x1| = d = (2k + 1).( .2 -1) (k = 0, 1, 2,...), je výsledná amplituda rovna absolutní hodnotě amplitud interferujících vlnění (podmínka minima), ym = |yym1y - yym2y|.
Pro příčné vlnění platí uvedené podmínka za předpokladu, že obě vlnění jsou polarizována v téže rovině, tj. kmity vodů při ibou příčných vlněních se dějí v rovině.
Setkají-li se vlnění se stejnými fázemi, je splněna podmínka maxima, setkají-li se vlnění s opačnými fázemi, je splněna podmínka minima. Interference může nastat i tehdy, když ani jedna z uvedených podmínek není přesně splněna. Pro amplitudu výsledného vlnění pak platí |yym1y - yym2y| ym (yym1y + yym2y).
2. Interferující vlnění mají stejné nebo různé rychlosti a různé rychlosti a různé frekvence (a tedy i různé vlnové délky). Výsledné vlnění pak má amplitudu ym = ym(t), která je funkcí času. Zvláštním druhem tohoto případu jsou rázy. Rázy pozorujeme při interferenci vlnění s přibližně stejnými amplitudamy yym1y = yym2y a s frekvencemi f1, f2, které se navzájem liší o relativně malou hodnotu. Frekvence, při které amplituda rá zů nabývá maxima, je rovna absolutní hodnotě rozdílu frekvencáí interferujících vlnění f = |f1 - f2|.
Stojaté vlnění je zvláštním případem interference dvou vlnění se stejnými frekvencemi, která postupují proti sobě. Jsou-li amplitudy výchylek obou vlnění stejné, vznikne v prostředí stav, při kterém body prostředí kmitají s konstantními amplitudami. Tyto amplitudy jsou v určitých bodech nulové (uzly), v jiných bodech mají trvale maximální hodnotu (kmitny). Polohy kmiten a uzlů se nemění a jsou navzájem posunuty o /4.
Stojaté vlnění často vniká v pružných tělesech. Z bodu tělesa, jehož kmity vynucujeme působením vnější periodicky proměnné síly, se vlnění šíří až na hranice tělesa, odrazí se a vrací se zpět. Vlnění postupující od zdroje interferuje s vlněním, které po odrazu postupuje zpět ke zdroji. Vznikající stojaté vlnění mívá maximální amplitudu, jestliže na délku l, která je rovna některému z rozměrů tělesa, případne celistvý násoek půlvln. Při splnění této podmínky je těleso ve stavu který nazýváme rezonanční chvění. Chvění můžeme pozorovat na tělesech ve tvaru napjatých vláken (např. struny), tyčí, vzduchových sloupců nebo ploch (části strojů a stavebních konstrukcí). V jednodušších případech, např. u napjatých vláken (strun) o délce l nastává rezonanční chvění při základní frekvenci
fZ = v. -1 = v.2l -1
i při frekvencích fk = kfyz (k = 0, 1, 2,...).
|