În fizică, o undă este o oscilație însoțită de un transfer de energie. Frecvența este numărul de repetări pe unitatea de timp. Mișcarea undei transferă energia de la un punct la altul, ceea ce elimină particulele ca mediu de transmisie – adică se realizează cu transport de masă asociat puțină sau deloc. Undele constau, în schimb, din oscilații sau vibrații (a unei cantități fizice) în jurul unor locații aproape fixe.
O undă este o perturbație care transferă energia prin materie sau spațiu. Există două tipuri principale de unde. Undele mecanice se propagă printr-un mediu, iar substanța acestui mediu este deformată. Refacerea forțelor, apoi, inversează deformarea. De exemplu, undele sonore se propagă prin intermediul moleculelor de aer care se ciocnesc cu vecinii lor. Atunci când moleculele se ciocnesc, ele au ,de asemenea, un recul (o forță de reacție). Acest lucru împiedică moleculele să continue să se deplaseze în direcția undei.
Al doilea tip principal, undele electromagnetice, nu necesită un mediu. În schimb, ele constau din oscilații periodice ale câmpurilor electrice și magnetice generate inițial de particulele încărcate și, prin urmare, pot călători în vid. Aceste tipuri variază în lungime de undă și includ undele radio, microunde, radiații infraroșii, lumină vizibilă, radiații ultraviolete, raze X și raze gamma.
Undele sunt descrise printr-o ecuație de undă care stabilește modul în care perturbarea are loc în timp. Forma matematică a acestei ecuații variază în funcție de tipul undei. Mai mult, comportamentul particulelor în mecanica cuantică este descris de unde. În plus, undele gravitaționale călătoresc prin spațiu, fiind rezultatul unei vibrații sau mișcări în câmpurile gravitaționale.
O undă poate fi transversală, când o perturbație creează oscilații care sunt perpendiculare pe propagarea transferului de energie, sau longitudinale: oscilațiile sunt paralele cu direcția propagării energiei. În timp ce undele mecanice pot fi atât transversale cât și longitudinale, toate undele electromagnetice sunt doar transversale în spațiul liber.
Caracteristici generale
O definiție unică și cuprinzătoare pentru termenul undă nu este simplă. O vibrație poate fi definită ca o mișcare înainte și înapoi în jurul valorii de referință. Cu toate acestea, o vibrație nu este neapărat o undă. O încercare de a defini caracteristicile necesare și suficiente care califică un fenomen ca fiind o undă are ca rezultat o linie neclară.
Termenul undă este deseori înțeles intuitiv ca referindu-se la un transport de perturbații spațiale care în general nu sunt însoțite de o mișcare a mediului care ocupă acest spațiu ca un întreg. Într-o undă, energia unei vibrații se îndepărtează de sursă sub forma unei perturbări în mediul înconjurător. Cu toate acestea, această mișcare este problematică pentru o undă staționară (de exemplu, o undă pe un cordon), unde energia se mișcă în ambele direcții în mod egal, sau pentru unde electromagnetice (de exemplu, lumină) în vid, unde conceptul de mediu nu se aplică și interacțiunea cu o țintă este cheia detectării undelor și a aplicațiilor practice. Există unde de apă pe suprafața oceanului; undele gamma și undele luminoase emise de Soare; microundele utilizate în cuptoare cu microunde și în echipamente radar; undele radio difuzate de posturile de radio; și undele sonore generate de receptoarele radio, telefoanele și ființele vii (voci), pentru a menționa doar câteva fenomene de undă.
Se pare că descrierea undelor este strâns legată de originea lor fizică pentru fiecare instanță specifică a procesului de undă. De exemplu, acustica se deosebește de optică prin faptul că undele sonore sunt legate mai degrabă de un transfer mecanic decât de un transfer electromagnetic cauzat de vibrații. Concepte cum ar fi masa, impulsul, inerția sau elasticitatea, devin, prin urmare, esențiale în descrierea proceselor acustice (diferite de cele optice) ale undelor. Această diferență de origine introduce anumite caracteristici de undă specifice proprietăților mediului implicat. De exemplu, în cazul aerului: vortexuri, presiune, radiații, unde de șoc etc.; în cazul solidelor: unde Rayleigh, dispersie; și așa mai departe….
Alte proprietăți, deși de obicei descrise în termeni de origine, pot fi generalizate la toate undele. Din aceste motive, teoria undelor reprezintă o ramură specială a fizicii care se ocupă de proprietățile proceselor de undă, indiferent de originea lor fizică. De exemplu, pe baza originii mecanice a undelor acustice, poate exista o perturbare în mișcare în spațiu-timp dacă și numai dacă mediul implicat nu este nici infinit rigid, nici infinit de pliabil. Dacă toate părțile care alcătuiesc un mediu au fost rigid legate, atunci toate ar vibra ca una, fără întârziere în transmiterea vibrațiilor și, prin urmare, fără mișcare de undă. Pe de altă parte, dacă toate părțile ar fi independente, atunci nu ar exista nicio transmisie a vibrațiilor și, din nou, nicio mișcare a undelor. Deși declarațiile de mai sus sunt lipsite de sens în cazul undelor care nu necesită un mediu, ele arată o caracteristică relevantă pentru toate undele indiferent de origine: în interiorul unei unde, faza vibrației (adică poziția sa în ciclul vibrației) este diferită pentru punctele adiacente din spațiu, deoarece vibrația atinge aceste puncte la momente diferite în mod repetat.
Lasă un răspuns