Co to jest fala elastyczna?

Fala sprężysta zasadniczo przepływa przez materiał lub płyn lub na jego powierzchni, nie powodując trwałych zmian strukturalnych ani fizycznych. Zazwyczaj jest identyfikowany przez zniekształcenie lub przemieszczenie. Fale rozchodzące się w wodzie, dźwięk poruszający się w powietrzu, a także energia poruszająca się w materiałach stałych, takich jak Ziemia, są często opisywane jako fale sprężyste. Rozmnażanie można analizować matematycznie, a wysokość, długość i czas trwania fali sprężystej można wizualizować za pomocą wykresu. Specjalne kamery ultradźwiękowe mogą również obrazować ruch na twardej powierzchni, takiej jak blacha lub papier.

Jeśli kamyk lub inny przedmiot zostanie upuszczony do wody, fale zwykle poruszają się we wszystkich kierunkach. Można je postrzegać jako okrągły pierścień z góry lub obserwować na powierzchni, gdy powierzchnia porusza się w górę i w dół. Pomiar fali sprężystej można osiągnąć, wykreślając wysokość z punktu odniesienia, takiego jak normalna powierzchnia wody. Wysokość zakrzywionej linii nazywana jest amplitudą, która może rozciągać się powyżej linii powierzchni, a także poniżej niej. Zazwyczaj jest to jeden cykl ruchu fali.

Fale sprężyste zwykle mają szczyty i doliny. Od jednego piku do drugiego, a także od jednego do drugiego, jest cykl zwany amplitudą. Jeśli fala sprężysta jest porównywana do czasu zamiast odległości, wówczas ten pomiar dotyczy okresu fali. Dzielenie długości fali przez okres w równaniu fali zazwyczaj zapewnia wartość prędkości fali.

Fala akustyczna często podróżuje w podobny sposób, albo przez powietrze, wodę lub ciało stałe. Okres fali dźwiękowej nazywany jest jej częstotliwością; zwykle mierzy się go w jednostkach zwanych hercami, jeśli czas podróży mierzy się w sekundach. Obliczenia matematyczne na ogół stają się bardziej złożone, gdy fala elastyczna jest analizowana przez materiał stały. Często uwzględniane są na przykład właściwości geometryczne warstwowych cylindrów i rur, a także gęstość, twardość i kształt obiektów. Dane te są zazwyczaj analizowane i rejestrowane przez inżynierów dla obiektów, takich jak skorupy aluminiowe i różne elementy mechaniczne.

Oprócz korzystania z matematyki i modelowania komputerowego można również obrazować falę sprężystą za pomocą laserów i detektorów ultradźwiękowych. W eksperymentach wykorzystano kamery wideo do obrazowania drgań powierzchniowych i analizy właściwości sprężystych różnych materiałów. Na przykład na metalowej płytce taki obraz może wyglądać podobnie do zmarszczek w stawie. Różne materiały mogą wykazywać odrębne wzorce propagacji, podczas gdy każdy typ może przenosić falę sprężystą inaczej pod obciążeniem.