Wat is een mechanische golf?

Een mechanische golf is een verstoring die door een of andere vorm van medium pulseert: een vaste stof, een vloeistof of een gas, die de oorspronkelijke energie transporteert van de ene plaats naar de andere. Er zijn drie soorten mechanische golven: dwars, longitudinaal en grens. Eenvoudige voorbeelden van golven en de media waardoor ze bewegen zijn geluid in de lucht, seismische golven in rock en de trillingen van een gitaarsnaar.

Een voorbeeld van mechanische golven zijn rimpelingen in een vijver die naar buiten bewegen van waar een steen valt. De golf beweegt door het medium, hoewel de atomen en moleculen van het medium zelf over het algemeen terugkeren naar hun oorspronkelijke positie nadat ze tegen elkaar zijn geperst, uit elkaar gerekt of geroteerd door de golf die erdoorheen gaat. De mechanische golf kan in rechte lijnbeweging, rotatiebeweging of een combinatie van beide bewegen.

Golven bezitten de kenmerken van frequentie, periode, golflengte en amplitude. De afstand tussen de ene golfpuls en de volgende is de golflengte en de tijd tussen pulsen is de periode. Voor dwarsgolven is de amplitude de afstand waarover de golf het medium verplaatst. Het aantal golven dat in de loop van de tijd door het medium passeert, is de frequentie van de golf. Hoe hoger de frequentie van een mechanische golf, hoe groter de energie die het uitzendt.

Dwarsgolven brengen hun energie op een neerwaartse of neerwaartse manier over, waardoor het medium de vorm van een kam en dal aanneemt - zoals in een sinusgolf. Een goed voorbeeld van dit soort golven is een seismische S-golf waarin de aardkorst op en neer beweegt, of van links naar rechts, loodrecht op de richting van de golfvoortplanting. Het mechanische golfmodel van een transversale golf wordt gegeven door de golfvergelijking, een energievergelijking, waarvan de oplossing een sinusgolf is met de bovengenoemde kenmerken van frequentie, periode, golflengte en amplitude.

Longitudinale golven zijn dichtheidsgolven die bewegen door de expansie en compressie van deeltjes van het medium. Eén uitbreiding en compressie is één golflengte. Goede voorbeelden van deze golven zijn geluidsgolven in de lucht en seismische P-golven in de grond. Hoe groter de dichtheid van het materiaal, hoe sneller de golven erdoorheen bewegen.

Grensgolven zijn mechanische golven die resoneren tussen twee ongelijke media. Luchtholtes en beperkte snaren in muziekinstrumenten, de vibratie van een stemvork en de kroonachtige vorm van een waterdruppelplons zijn goede voorbeelden van mechanische grensgrenzen. Het resonerende geluid van de stemvork wordt beperkt door de vorm en grootte van de grens en de elasticiteit van het materiaal waaruit het is samengesteld.