Vznik a druhy vlnění

Mechanické vlnění vzniká v látkách všech skupenstvích a jeho příčinou je existence vazebných sil mezi částicemi látky - kmitání jedné částice se vzájemnými vazbami přenáší na částice další. Současně se na částice přenáší energie kmitavého pohybu. Takové prostředí se nazývá pružné prostředí.

Pružné prostředí si lze představit jako mechanické oscilátory, které jsou vzájemně spojeny vazbou (jako např. spřažená kyvadla). Vychýlíme-li první kyvadlo z rovnovážné polohy, začne kmitat a kmitání se pomocí vazeb přenáší (šíří) na ostatní částice určitou rychlostí.

Zdrojem mechanického vlnění je mechanický oscilátor a pružným prostředím se vlnění šíří určitou rychlostí. V závislosti na směru výchylky kmitání jednotlivých bodů a směru šíření vlnění se vlnění dělí na:

1. vlnění příčné - hmotné body kmitají ve směru kolmém na směr šíření vlnění a je typické pro pevná pružná tělesa tvaru tyčí, vláken, …

Vlnění na hladině rybníka, chvění tyče, do níž udeříme kladivem, …

2. vlnění podélné - hmotné body kmitají ve směru šíření vlnění a je typické pro tělesa (všech skupenství), která jsou pružná při změně objemu (tj. při stlačování a rozpínání)

Šíření zvuku ve vzduchu, …

Vlnění lze rozdělit i z jiného pohledu - podle přenosu energie:

1. vlnění postupné - energie se vlněním přenáší

2. vlnění stojaté - energie se vlněním nepřenáší

Stojaté vlnění lze pozorovat např. na kmitající struně, která vytvoří jakési „buřtíky“ a vlna „stojí na místě“, nešíří se daným prostředím.

Vykoná-li první rozkmitaný bod jeden kmit za dobu rovnou periodě kmitání T zdroje vlnění, rozšíří se vlnění do vzdálenosti , která se nazývá vlnová délka.

Všechny body kmitají se stejnou amplitudou a úhlovou frekvencí, ale liší se fází. Se stejnou fází kmitají body, které jsou vzdáleny právě o vlnovou délku, tedy:

Vlnová délka je nejmenší vzdálenost dvou bodů, které kmitají se stejnou fází.

… a nebo je to také délka vlny.

U mechanického kmitání jsme zobrazovali graf závislosti okamžité výchylky na čase (viz obr. 29). U vlnění není ale čas jediným parametrem, jedinou neznámou, protože závisí i na tom, do jaké vzdálenosti se vlnění rozšíří. Má tedy smysl zakreslovat i graf závislosti okamžité výchylky na vzdálenosti kmitajících bodů od zdroje vlnění (viz obr. 30). Tvrzení „Okamžitá výchylka vlnění v čase t je y.“ nemá z fyzikálního hlediska smysl. Závisí totiž na tom, ve kterém bodě tuto výchylku vyšetřujeme.

Vhodíme-li kámen do vody a budeme sledovat jediný bod na vodní hladině, můžeme vykreslit graf na obr. 29. Přitom ale např. do vzdálenosti 1 metr od místa dopadu kamene se vlna rozšíří za dvojnásobný čas než do vzdálenosti půl metru od místa dopadu kamene. Proto je nutné k plnému popisu okamžité výchylky mít k dispozici oba grafy, tj. i graf závislosti okamžité výchylky na vzdálenosti od zdroje kmitání.

Obr. 29	Obr. 30

Na základě grafů na obr. 29 a obr. 30 lze určit některé charakteristiky vlnění. Z grafu na obr. 29 lze vyčíst periodu vlnění (a tedy i periodu kmitání zdroje) a amplitudu výchylky . Z grafu na obr. 30 lze určit vlnovou délku vlnění . A vzhledem k tomu, že vlnová délka odpovídá vzdálenosti, kterou vlna urazí za jednu periodu, lze určit i velikost rychlosti šíření vlny: .