Fala progresywna a fala stacjonarna
Fale to bardzo ważne zjawiska występujące w prawdziwym życiu. Badanie fal i wibracji cofa się w czasie. Pojęcia fal stacjonarnych i progresywnych są omawiane w wielu dziedzinach fizyki i chemii. Są one omawiane w mechanice, akustyce, technologii radarowej, technologii komunikacyjnej, mechanice kwantowej, a nawet muzyce. Aby osiągnąć sukces w takich dziedzinach, niezbędne jest właściwe zrozumienie fal progresywnych i stacjonarnych. W tym artykule omówimy, czym są fale stacjonarne i progresywne, ich definicje, podobieństwa między falami stacjonarnymi a progresywnymi, jak powstają fale progresywne i stacjonarne, ich zastosowania i wreszcie różnica między falami stacjonarnymi a progresywnymi.
Fale progresywne
Fala mechaniczna jest powodowana przez turbulencje w medium. Prostymi przykładami fal mechanicznych są dźwięk, trzęsienia ziemi, fale oceaniczne. Fala to metoda propagacji energii. Energia wytworzona w turbulencji jest rozprowadzana przez fale. Fala sinusoidalna to fala, która oscyluje zgodnie z równaniem y=A sin (ωt – kx). Gdy fala rozchodzi się w przestrzeni, energia, którą niesie, jest również propagowana. Ta energia powoduje drgania cząstek na drodze. Można to również interpretować w odwrotny sposób, ponieważ energia jest propagowana przez oscylację cząstek. Istnieją dwa rodzaje fal progresywnych; mianowicie fale podłużne i fale poprzeczne. W fali podłużnej oscylacje cząstek są równoległe do kierunku propagacji. Nie oznacza to, że cząstki poruszają się z falą. Cząstki oscylują tylko wokół ustalonego punktu równowagi w przestrzeni. W falach poprzecznych oscylacja cząstek zachodzi prostopadle do kierunku propagacji. Fale dźwiękowe składają się tylko z fal podłużnych, fale na strunie są poprzeczne. Fale oceaniczne to połączenie fal poprzecznych i podłużnych.
Fale stacjonarne
Fale stacjonarne, znane również jako fale stojące, powstają w wyniku przechwycenia dwóch identycznych fal rozchodzących się w przeciwnych kierunkach. Dwie identyczne fale sinusoidalne biegnące w kierunkach +x i –x mogą być reprezentowane przez y1=A sin (ωt – kx) i y2=Odpowiednio grzech (ωt + kx). Dodanie tych dwóch równań daje nałożenie dwóch fal. Dlatego y1+y2=y=A [sin (ωt – kx) + sin (ωt + kx)]. Upraszczając to równanie, otrzymujemy Y=2A sin (ωt) cos (kx). Dla danej wartości x równanie staje się Y=B sin (ωt), prosta oscylacja harmoniczna.
Jaka jest różnica między falami progresywnymi a stacjonarnymi?
• Fale progresywne przenoszą ilość energii netto przez ścieżkę fali. Fala stacjonarna nie przenosi energii netto przez ścieżkę.
• Do utworzenia fali stacjonarnej potrzebne są dwie identyczne fale propagujące.
• Amplituda fali stacjonarnej zmienia się wraz z odległością, ale dla danego punktu amplituda pozostaje stała. Amplituda każdego punktu rozchodzącej się fali jest taka sama, biorąc pod uwagę, że fala jest jednorodna.
