Co to jest fala mechaniczna?

Fala mechaniczna to zaburzenie, które pulsuje przez pewien rodzaj ośrodka: ciało stałe, ciecz lub gaz, przenosząc pierwotną, inicjując energię z jednego miejsca do drugiego. Istnieją trzy rodzaje fal mechanicznych: poprzeczna, podłużna i brzegowa. Prostymi przykładami fal i mediów, przez które się poruszają, są dźwięki w powietrzu, fale sejsmiczne w skale i wibracje struny gitarowej.

Jednym z przykładów fal mechanicznych są fale w stawie, które poruszają się na zewnątrz, skąd upuszczany jest kamień. Fala porusza się w ośrodku, mimo że atomy i cząsteczki samego ośrodka na ogół wracają do swojej pierwotnej pozycji po ściśnięciu, rozciągnięciu lub obróceniu przez falę przechodzącą przez nie. Fala mechaniczna może poruszać się w ruchu po linii prostej, ruchu obrotowym lub kombinacji tych dwóch.

Fale posiadają cechy częstotliwości, okresu, długości fali i amplitudy. Odległość między jednym impulsem falowym a drugim jest jego długością fali, a czas między impulsami to okres. W przypadku fal poprzecznych amplituda jest odległością, w której fala wypiera ośrodek. Liczba fal przechodzących przez medium w czasie jest częstotliwością fali. Im wyższa częstotliwość fali mechanicznej, tym większa energia, którą przekazuje.

Fale poprzeczne przenoszą swoją energię w górę i w dół lub na boki, zmuszając ośrodek do przyjęcia formy grzebienia i niecki - jak w fali sinusoidalnej. Dobrym przykładem tego rodzaju fali jest sejsmiczna fala S, w której skorupa ziemska porusza się w górę i w dół lub na boki, prostopadle do kierunku propagacji fali. Model fal mechanicznych fali poprzecznej podaje równanie falowe, równanie energetyczne, którego rozwiązaniem jest fala sinusoidalna posiadająca wyżej wymienione cechy częstotliwości, okresu, długości fali i amplitudy.

Fale podłużne są falami gęstości, które przemieszczają się przez rozszerzanie i ściskanie cząstek ośrodka. Jedna ekspansja i kompresja to jedna długość fali. Dobrym przykładem tych fal są fale dźwiękowe w powietrzu i sejsmiczne fale P w ziemi. Im większa gęstość materiału, tym szybciej poruszają się w nim fale.

Fale graniczne to fale mechaniczne, które rezonują między dwoma różnymi ośrodkami. Wnęki powietrzne i ograniczone struny w instrumentach muzycznych, wibracje kamertonu i kształt korony rozprysku kropelek wody są dobrymi przykładami granicznych fal mechanicznych. Dźwięk rezonansowy kamertonu jest ograniczony kształtem i rozmiarem jego granicy oraz elastycznością materiału, z którego jest wykonany.