Co je to mechanická vlna?

Mechanická vlna je porucha, která pulzuje skrze nějakou formu média: pevná látka, kapalina nebo plyn, nesoucí původní, iniciující energii z jednoho místa na druhé. Existují tři typy mechanických vln: příčná, podélná a hranice. Jednoduché příklady vln a médií, kterými se pohybují, jsou zvuk ve vzduchu, seismické vlny ve skále a vibrace kytarového řetězce.

Jedním příkladem mechanických vln jsou vlnky v jezírku, které se pohybují směrem ven, odkud spadl kámen. Vlna se pohybuje médiem, i když se atomy a molekuly samotného média obvykle vrátí do své původní polohy poté, co byly stlačeny k sobě, protaženy nebo otočeny vlnou, která jimi prochází. Mechanická vlna se může pohybovat přímočarým, rotačním pohybem nebo kombinací obou.

Vlny mají charakteristiky frekvence, periody, vlnové délky a amplitudy. Vzdálenost mezi jedním vlnovým pulsem a dalším je jeho vlnová délka a doba mezi pulzy je perioda. U příčných vln je amplituda vzdálenost, kterou vlna posouvá médium. Počet vln procházejících médiem v průběhu času je vlnová frekvence. Čím vyšší je frekvence mechanické vlny, tím větší je energie, kterou přenáší.

Příčné vlny přenášejí svou energii nahoru a dolů nebo ze strany na stranu, což nutí médium, aby mělo podobu hřebenu a koryta - jako v sinusové vlně. Dobrým příkladem tohoto druhu vlny je seismická vlna S, ve které se zemská kůra pohybuje nahoru a dolů nebo ze strany na stranu, kolmo ke směru šíření vlny. Mechanický vlnový model příčné vlny je dán vlnovou rovnicí, energetickou rovnicí, jejíž řešení je sinusová vlna mající výše uvedené charakteristiky frekvence, periody, vlnové délky a amplitudy.

Podélné vlny jsou hustotní vlny, které se pohybují expanzí a kompresí částic média. Jedna expanze a komprese je jedna vlnová délka. Dobrým příkladem těchto vln jsou zvukové vlny ve vzduchu a seismické P-vlny v zemi. Čím větší je hustota materiálu, tím rychleji se vlny pohybují.

Hraniční vlny jsou mechanické vlny, které rezonují mezi dvěma odlišnými médii. Dobrými příklady hraničních mechanických vln jsou vzduchové dutiny a omezené struny v hudebních nástrojích, vibrace ladičky a tvar koruny stříkající vodní kapky. Rezonanční zvuk ladičky je omezen tvarem a velikostí jeho hranice a elasticitou materiálu, z něhož je vytvořena.