O undă este o perturbaţie care se propagă. În afară de radiațiile electromagnetice, și probabil radiații gravitațională, care se poate deplasa in vid, undele au un mediu (care la deformare este capabil să producă forțe elastice de restabilire) prin care se propagă, și pot transfera energie dintr-un loc în altul, fără ca nicio particulă a mediului să se deplaseze permanent; adică nu există transport de masă asociat. În schimb, orice punct special oscilează în jurul unei poziții fixe.
Un mediu este numit:
- liniar, dacă pot fi adăugate diferite unde în orice punct special în mediu,
- limitat, dacă are o măsură finită, altfel este nelimitat.
- uniform, dacă proprietățile sale fizice sunt neschimbate pentru diferite puncte,
- izotrop, dacă proprietățile sale fizice sunt aceleași în diferite direcții.
Exemple de unde
- Unde acvative, care sunt perturbaţii care se propagă prin apă (provocate de surfing, tsunami, etc.)
- Unde sonore – o undă mecanică propagându-se prin aer, lichide sau solide, cu o frecvență detectată de sistemul auditiv. Similar sunt undele seismice la cutremure, din care fac parte tipurile S, P și L.
- Undele luminoase, radio, X, etc., alcătuite din radiații electromagnetice. În acest caz propagarea este posibilă fără un suport, prin vid.
Proprietăți caracteristice
Toate undele au un comportament comun în anumite situații standard. Toate undele pot avea următoarele caracteristici:
- Reflecție – atunci cand o undă se întoarce înapoi dinspre directia în care se deplasa, din cauza ciocnirii cu un material reflectorizant.
- Refracția – schimbarea de direcție a undelor din cauza intrării lor într-un mediu nou.
- Difracție – împrăştierea de unde, de exemplu, atunci când trec printr-o fantă mică.
- Interferența – unirea a două unde care vin in contact una cu cealaltă.
- Dispersia – divizarea unei unde în funcție de frecvență.
Unde transversale și longitudinale
Când un obiect este săltat în sus și în jos pe un val într-un iaz are o traiectorie eliptică întrucât valurile nu sunt simple undele sinusoidale transversale
Undele transversale sunt cele cu vibraţii perpendiculare pe direcția de deplasare a undei; exemple includ undele pe o coardă și undele electromagnetice. Undele longitudinale sunt cele cu vibrații de-a lungul direcției de deplasare; exemple includ undele sonore.
Undele de la suprafața unui iaz sunt de fapt o combinație de unde transversale și unde longitudinale. Prin urmare, punctele de pe suprafața acestuia urmează traiectorii eliptice.
Polarizarea
Undele transversale pot fi polarizate. Undele nepolarizate pot oscila în orice direcție în planul perpendicular pe direcția de deplasare, în timp ce undele polarizate oscilează într-o singură direcție perpendiculară pe direcţia de deplasare.
Descriere fizică a unei unde
Undele pot fi descrise cu ajutorul unui număr de variabile standard incluzând: frecvență, lungime de undă, amplitudine și perioadă. Amplitudinea unei unde este măsura magnitudinii maxime a perturbației în mediu pe parcursul unui ciclu de undă, și se măsoară în diverse unități în funcție de tipul de undă. De exemplu, undele pe o coardă au o amplitudine exprimată ca distanța (m), undele sonore ca presiune (pascali) iar unde electromagnetice ca amplitudine a câmpului electric (volți /metru). Amplitudinea poate fi constantă (caz în care unda este o undă continuă) sau poate varia în timp și/sau poziție. Forma variației amplitudinii este numită anvelopa undei.
Perioada (T), este timpul pentru un ciclu complet a oscilației unei unde. Frecvența (F) este exprimată în număruil de perioade pe unitatea de timp (de exemplu, o secundă), și este măsurată în hertzi. Acestea sunt legate prin ecuaţia:
f = 1/T
Atunci când undele sunt exprimate matematic, frecvența unghiulară (ω, radiani/secundă) este folosită adesea. Ea este legată de frecvența f prin:
f = ω/2π
Unde de deplasare
Undele care rămân într-un loc sunt numite unde staţionare – de exemplu vibrațiile de pe o coardă de vioară. Undele care se deplasează se numesc unde de deplasare, și au o disturbanţă care variază atât cu timpul t cât și cu distanța z. Aceasta poate fi exprimată matematic ca:
y = A(z,t)cos(ωt – kz + φ),
unde A(z,t) este anvelopa amplitudinei undei, k este numărul de undă și φ este faza. Viteza v a acestei unde este dată de:
v = ω/k = λf
unde λ este lungimea de undă a undei.
Ecuația undelor
În sensul cel mai general, nu toate undele sunt sinusoidale. Un exemplu de undă non-sinusoidală este un puls care se deplasează în jos pe o pantă eămânând pe pământ. In cazul cel mai general, orice funcție de x, y, z, și t care este o soluție non-trivială pentru ecuația undelor, este o undă. Ecuația undelor este o ecuație diferențială care descrie o deplasare armonică a undei printr-un anumit mediu. Ecuația are diferite forme, în funcție de modul de transmitere a undei, și în ce mediu. O ecuaţie a undelor non-lineară poate descrie transportul de masă.
Ecuația Schrödinger descrie comportamentul ondulatoriu al particulelor în mecanica cuantică. Soluțiile acestei ecuații sunt funcții de undă care pot fi utilizate pentru a descrie densitățile de probabilitate ale unei particule.
Lasă un răspuns