KURZUS: Műszaki fizika alapjai

MODUL: VIII. modul: Hullámmozgások

19. lecke: Hullámtani alapjelenségek

| Feldolgozandó:
Jegyzet: Hullámmozgás c. fejezet bevezető szakasza Jegyzet: Egyenes menti hullámok kinematikája (alfejezetével együtt) Jegyzet: Egyenes menti hullámok dinamikája (alfejezeteivel együtt) Jegyzet: Síkbeli és térbeli hullámok kinematikája "Hullámok" előadás prezentáció Példatár: 14. lecke Hullámmozgás
Tanulási célok: A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:
Megfogalmazni, mit értünk a fizikában hullámmozgás alatt. Meghatározni a longitudinális és transzverzális hullámok fogalmát, konkrét esetekben eldönteni, melyikről van szó. Az egyenes menti hullámokat leíró Z(x,t) zavarfüggvény jelentését elmondani, megmutatni, hogyan ír ez le haladó hullámot. A harmonikus hullámok és az azt leíró paraméterek közti kapcsolatokat felírni és értelmezni, ezzel kapcsolatos egyszerű számítási feladatokat megoldani. A kifeszített húron történő hullámterjedés sebességét befolyásoló tényezőket felsorolni. Elmondani, milyen fázisugrások történnek, amikor hullám közeghatárokon visszaverődik. A síkbeli és térbeli hullámok terjedését szemléltetni.
Támpontok a tanuláshoz
A hullámok a mindennapi életből is ismert jelenségkörhöz tartoznak. Épp emiatt fontos, hogy a fejezet bevezető szakaszában írtakra különösen figyeljen oda, mert itt van meghatározva, mit is értünk a fizikában hullámmozgás alatt.
A zavarfüggvénnyel (Z(x,t)) kapcsolatos megfontolások első olvasásra talán nehezen érthetőek, pedig egyszerű módon írják le a hullámok terjedésének folyamatát. Érdemes saját rajzokat készíteni a zavarfüggvényről különböző időpontokban, akár egy konkrét függvény alak kiválasztása mellett.
A hullámegyenlettel kapcsolatos megfontolásokat olyan szintig kell megérteni, hogy a jegyzet olvasása közben értse a főbb gondolatokat, ezen részek önálló visszaadása nem követelmény.
A periodikus és harmonikus hullámokkal kapcsolatos rész viszont kiemelt fontosságú. Fordítson külön figyelmet a hullámmozgást leíró paraméterek jelentésére és kapcsolataikra. (Hullámhossz, körfrekvencia, periódusidő, hullámszám, terjedési sebesség.)
Az egyenes menti hullámok dinamikájáról szóló rész levezetését olvassa el, csak a végeredmény ismerete és felhasználása követelmény.
A visszaverődésről szóló megfontolások igen egyszerűek, de a későbbiekben felhasználjuk őket, így fontos ezek megértése.
Az energiaterjedéssel kapcsolatos megfontolásokat olvasmány szintjén dolgozza fel.
A gömb- és síkhullámokról szóló rész esetén azok szemléletes elképzelése (az azonos rezgési fázisú pontokon keresztül) fontos, a közölt matematikai összefüggések is ezt a célt szolgálják. (Ebből a témakörből tehát számítási problémák nincsenek a tananyagban.)

| Ellenőrző kérdések
1. Az alábbi állítások egyike nem igaz. Melyik?
| A hullámmozgás során az azonos fázisú pontok távolsága a hullámhossz.
| A harmonikus hullámoknál minden részecske harmonikus rezgőmozgást végez.
| Longitudinális hullámoknál a részecskék a hullám terjedési irányára merőlegesen rezgőmozgást végeznek.
| A rezgésidő reciproka a frekvencia.
2. Mi történik a rugalmas hullámmal, ha a rugalmas közeg rögzített végéhez ér?
| 180 fokos fázisfordulással visszaverődik.
| A hullám a rugalmas közeg határán megsemmisül.
| 0 fokos fázisfordulással visszaverődik
| 90 fokos fázisfordulással visszaverődik.
3. Hogyan változik a gömbhullám amplitúdója a távolsággal?
| Az amplitúdó állandó marad.
| A hullámfelület a távolság négyzetével arányosan nő, így az amplitúdó is a távolság négyzetével arányosan nő.
| A hullámfelület a távolság négyzetével arányosan nő, így az amplitúdó a távolsággal arányosan csökken.
| A hullámfelület a távolság négyzetével arányosan nő, ezért az amplitúdó megduplázódik.
4. Egy fonal vége 2 cm amplitúdóval másodpercenként 5 harmonikus rezgést végez. Mekkora a fonal rezgésben tartott végétől 1,2 m távolságban lévő pontjának kitérése a rezgés kezdetétől eltelt 1,5 s múlva? A rezgés terjedési sebessége 20 m/s.
| 1,325 cm
| 1,887 cm
| -1,785 cm
| 0,591 cm
5. Egy 2,4 mm átmérőjű 3 m hosszú rézdrót egyik végét a plafonhoz, másik végét egy 2 kg tömegű testhez rögzítjük. A drótot megütögetjük egy ceruzával, ezáltal transzverzális hullámot hozunk rajta létre. Milyen gyorsan terjed a hullám? A réz sűrűsége 8920 kg/m3.
| 18 m/s
| 305 m/s
| 22 m/s
| 47 m/s
Ha a lecke feldolgozásában elakad, kérje a tutor segítségét!