Vznik a druhy vlnění

Mechanické vlnění vzniká v látkách všech skupenství a jeho příčinou je existence vazeb mezi částicemi (atomy, molekuly) prostředí, kterým se vlnění šíří. Kmitání jedné (první) částice se vzájemnou vazbou přenáší na další částici. Současně se přenáší energie kmitavého pohybu (pružné prostředí).

Obr. 1: Vznik postupného vlnění

Jestliže první částici vychýlíme ve směru osy y a necháme ji volně kmitat, začnou postupně kmitat i ostatní částice (obr. 1). Kmitání postupuje konstantní rychlostí v  ve směru osy x. Vzniká tak postupné vlnění.

První částice vykonala jeden kmit za dobu t = T (perioda kmitání). Za tuto dobu se vlnění rozšířilo do vzdálenosti, kterou nazýváme vlnová délka λ.

Veličina f je frekvence kmitání.      [f ]= Hz

Veličina v je rychlost vlnění.           [v] = m∙s^-1

Veličina T je perioda kmitání.         [T] = s

Veličina λ je vlnová délka.              [λ] = m

Obr. 2: Postupné vlnění v řadě bodů

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

Pokud budou hmotné body kmitat kolmo na směr, kterým vlnění postupuje, potom takové vlnění nazýváme postupné vlnění příčné.

Pokud budou hmotné body kmitat ve směru, kterým vlnění postupuje (tj. rovnoběžně), potom takové vlnění nazýváme postupné vlnění podélné.

Obr. 3: Postupné vlnění podélné – zvuk ve vzduchu

Podélné vlnění charakterizuje zhušťování a zřeďování kmitajících bodů okolo míst, v nichž jsou okamžité výchylky kmitajících bodů nulové. Zhuštění nebo zředění postupuje rychlostí v od zdroje kmitání. Jednotlivá zhuštění nebo zředění jsou navzájem vzdálená o vlnovou délku λ.

Rychlost příčné a podélné vlny je různá.

Úlohy (vhodné i pro ZŠ):

1. Uveďte příklady vlnění v různých látkách a rozhodněte, zda jde o vlnění příčné, nebo podélné.

2. Napnutou gumou se kmitavý rozruch šíří rychleji než gumou položenou volně na hladké podlaze. Vysvětlete.

3. Proč při bouřce nejprve vidíme blesk a teprve později slyšíme zvuk hromu? Video_1

4. Určete rychlost vlnění, které má vlnovou délku 90 cm a je buzeno kmitáním o frekvenci 4 Hz.

5. Určete rychlost vlnění v hliníkové tyči, jestliže při frekvenci 2,2 kHz vzniká vlnění o vlnové délce 2,27 m.

6. Na obr. 4 jsou znázorněny velikost a směr okamžité rychlosti kmitavého pohybu částice A při postupném vlnění příčném. Určete, kterým směrem vlnění postupuje.

Obr. 4: K úloze 6

7. Postupná příčná vlna na obr. 5 se pohybuje směrem vlevo. Určete směr pohybu bodu A.

Obr. 5: K úloze 7