Fale mechaniczne a elektromagnetyczne
Fale mechaniczne i fale elektromagnetyczne to dwa rodzaje fal omawiane w fizyce. Fale mechaniczne to fale spowodowane działaniami mechanicznymi, takimi jak wibracje. Fale elektromagnetyczne to fale wytwarzane przez oscylujące pola elektryczne i magnetyczne. Te dwa rodzaje fal są bardzo ważne w zrozumieniu dziedzin takich jak elektromagnetyzm, fale i wibracje, optyka, akustyka i wiele innych. W tym artykule omówimy, czym są fale mechaniczne i elektromagnetyczne, ich definicje, zastosowania fal mechanicznych i elektromagnetycznych, podobieństwa między nimi i wreszcie różnica między falami mechanicznymi a elektromagnetycznymi.
Fale elektromagnetyczne
Fale elektromagnetyczne, bardziej znane jako fale EM, zostały po raz pierwszy zaproponowane przez Jamesa Clerka Maxwella. Zostało to później potwierdzone przez Heinricha Hertza, który z powodzeniem wyprodukował pierwszą falę EM. Maxwell wyprowadził kształt fali dla fal elektrycznych i magnetycznych i pomyślnie przewidział prędkość tych fal. Ponieważ ta prędkość fali była równa eksperymentalnej wartości prędkości światła, Maxwell również zasugerował, że światło jest w rzeczywistości formą fal EM.
Fale elektromagnetyczne mają zarówno pole elektryczne jak i pole magnetyczne oscylujące prostopadle do siebie i prostopadle do kierunku propagacji fali. Wszystkie fale elektromagnetyczne mają tę samą prędkość w próżni. Częstotliwość fali elektromagnetycznej decydowała o zmagazynowanej w niej energii. Później za pomocą mechaniki kwantowej wykazano, że fale te są w rzeczywistości pakietami fal. Energia tego pakietu zależy od częstotliwości fali. To otworzyło pole dualizmu falowo-cząsteczkowego materii. Teraz widać, że promieniowanie elektromagnetyczne można traktować jako fale i cząstki. Obiekt umieszczony w dowolnej temperaturze powyżej zera bezwzględnego będzie emitować fale EM o każdej długości fali. Energia, przy której emitowana jest maksymalna liczba fotonów, zależy od temperatury ciała.
Fale mechaniczne
Fale mechaniczne to fale, które powstają w wyniku procesów mechanicznych. Fale, takie jak fale dźwiękowe, fale oceaniczne i fale uderzeniowe, to tylko niektóre przykłady fal mechanicznych. Wszystkie fale mechaniczne wymagają medium do rozchodzenia się. Energia fali mechanicznej zależy od amplitudy fali.
Fala mechaniczna ma kilka właściwości. Najważniejsze z tych właściwości to prędkość, częstotliwość amplitudy i długość fali. Dla dowolnej fali mechanicznej zależność v=f λ jest prawdziwa; tutaj v to prędkość fali, f to częstotliwość, a λ to długość fali.
Jaka jest różnica między falami mechanicznymi a elektromagnetycznymi?
• Fale elektromagnetyczne nie wymagają żadnego medium do przemieszczania się, podczas gdy fale mechaniczne muszą mieć medium do rozchodzenia się.
• Energia fal elektromagnetycznych jest kwantowana, ale energia fal mechanicznych jest ciągła.
• Energia fal mechanicznych zależy od amplitudy fali, ale energia fali elektromagnetycznej zależy tylko od częstotliwości.
• Fale elektromagnetyczne wykazują zachowanie podobne do cząstek, ale fale mechaniczne nie wykazują takiego zachowania.
