1. Ruch stały prostoliniowy.
2. Ruch zmienny.
3. Ruch po okręgu.
4. Zasady dynamiki Newtona.
5. Zasada względności
Galileusza.
6. Siła bezwładności.
7. Rzut poziomy.
8. Pęd, moment pędu, zasada zachowania pędu i zasada
zachowania momentu pędu.
9. Energia i zasada zachowania energii.
10. Praca i moc.
11. Siła tarcia.
12. Moment bezwładności i twierdzenie
Steinera.
13. Zderzenia centralne.
14. Gęstość i ciężar właściwy.
15. Pole grawitacyjne.
16. Prędkości kosmiczne.
17. Elektrostatyka.
18. Atom wodoru według Bohra.
19. Kondensator.
20. Polaryzacja elektryczna.
21. Prąd elektryczny stały.
22. Pole magnetyczne.
23. Prąd zmienny.
24. Drgania.
25. Fale.
26. Optyka geometryczna.
27. Dualizm
korpuskularnofalowy.
28. Fizyka atomowa.
|
25. Fale.
fala - proces rozchodzenia się drgań.
Jest złożeniem ruchu drgającego i jednostajnego prostoliniowego.
Aby dane zjawisko można było nazwać falą, musi ono ulegać czterem
procesom : odbiciu (zob.pkt.25.15), interferencji (zob.pkt.25.17),
ugięciu (zob.pkt.25.14) i załamaniu (zob.pkt.25.16).
25.1 Przemieszczenie i wektor
propagacji.
Przemieszczenie :
Wektor propagacji (k) :
Oznaczenia:
y - funkcja falowa (przemieszczenie);
w - prędkość kątowa;
V - prędkość rozchodzenia się fali;
k - wektor propagacji;
A - amplituda;
j0 - faza
początkowa;
X - odległość od źródła;
25.2 Długość, okres i
częstotliwość fali. Powierzchnia falowa.
25.2.1 Okres fali.
Okres (T) - czas rozejścia się jednego pełnego drgania.
25.2.2 Długość fali.
Długość fali (l) - najbliższa odległość
między punktami o tej samej
fazie drgań.
25.2.3 Częstotliwość fal.
Częstotliwość :
Oznaczenia
T - okres;
f - częstotliwość.
25.2.4 Powierzchnia falowa.
Powierzchnia falowa - zbiór punktów o tej samej fazie
drgań.
25.3 Prędkość rozchodzenia się
fali.
Prędkość fali :
Prędkość rozchodzenia się fali w danym ośrodku jest zawsze stała.
Oznaczenia
V - prędkość rozchodzenia się fali;
l - długość fali;
T - okres;
f - częstotliwość.
25.4 Klasyfikacja fal.
- Podział ze względu na kierunek rozchodzenia się cząsteczek :
- poprzeczne - kierunek ruchu cząstki jest ^
do kierunku
rozchodzenia się fali
- podłużne - - kierunek ruchu cząstki jest zgodny z kierunkiem
rozchodzenia się fali
- Podział ze względu na powierzchnię falową :
- płaskie - powierzchnia falowa jest płaska (np. fale na wodzie)
- kuliste - powierzchnia falowa jest kulista (np. akustyczne,
elektromagnetyczne)
- Podział fal ze względu na widmo :
- podczerwień;
- widmo widzialne
 ;
- nadfiolet;
- promieniowanie rentgenowskie;
- promieniowanie gamma (jądrowe);
- promieniowanie kosmiczne
- Podział fal radiowych :
- długie;
- średnie;
- krótkie;
- ultrakrótkie;
- mikrofale (telewizja, radar, kuchenka mikrofalowa);
Oznaczenia
l - długość fali.
25.5 Natężenie fali.
Jest to energia przeniesiona przez falę w jednostce czasu przez
jednostkową powierzchnię
: .
  ;
Oznaczenia:
I - natężenie fali;
DE - energia przeniesiona przez falę;
Dt - czas;
Ds - powierzchnia.
25.6 Fala akustyczna.
Fala akustyczna polega na rozchodzeniu się zaburzeń gęstości ośrodka.
Źródłem dźwięków słyszalnych są wszystkie ciała drgające,
które mają dostateczną energię, aby wywołać w naszym uchu
najsłabsze wrażenia słuchowe.
- Wysokość dźwięku zależy od
częstotliwości;
- Głośność dźwięku zależy od natężenia;
- Barwa odróżnia dźwięki w
zależności od pochodzenia;
Dźwięki ze względu na częstotliwość dzielimy na :
| infradźwięki |
f<16
Hz |
nie odbieramy |
| dźwięki słyszalne |
fÎ(16
Hz,20 kHz) |
odbieramy |
| ultradźwięki |
f>20
kHz |
odbieramy jako ból |
Dźwięki ze względu na widmo dzielimy na :
- dźwięki, które możemy
odróżnić (np.mowa)
- szumy (np.chałas)
Ton - dźwięk o jednej częstotliwości
Ucho ludzkie najlepiej wyłapuje dźwięki o częstotliwości równej
1000 Hz. Natężenie progowe (próg słyszalności dla częstotliwości
= 1000 Hz) :
 .
Krzywa słyszalności ucha ludzkiego :
Oznaczenia:
I0 - natężenie progowe;
f - częstotliwość.
25.7 Poziom słyszalności.
Poziom słyszalności :
 
Oznaczenia
I0 - natężenie progowe (zob.pkt.25.6);
I - natężenie;
L - poziom
słyszalności.
25.8 Zjawisko Dopplera.
Jest to proces polegający na zmianie częstotliwości odbieranego
dźwięku, gdy obserwator lub źródło znajdują się w ruchu.
- Gdy źródło zbliża się do
obserwatora :
- Gdy źródło oddala się od
obserwatora :
Oznaczenia
V - prędkość dźwięku;
U - prędkość obserwatora;
V1 - prędkość
źródła dźwięku;
f - częstotliwość źródła;
f’ -
częstotliwość odbierana.
25.9 Ultradźwięki i syrena
Sebecka.
25.9.1 Ultradźwięki.
Dźwięk jest wydawany przez ciało drgające. Gdy przyłożymy do kryształu
kwarcu pole elektryczne, to kryształ zacznie drgać z częstutliwością
ultradźwięków. Ultradźwięki mają duże zastosowanie w detektorach
wad materiałów itp.
25.9.2 Syrena Sebecka.
Jest to urządzenie do wytwarzania ultradźwięków. Składa się z
dwóck okrągłych, dziurkowanych płyt, z których jedna się
kręci.
25.10 Propagacja fal
elektromagnetycznych.
Propagacja - rozprzestrzenianie. Do propagacji używa się obwodu LC
wyposażonego dodatkowo w generator drgań niegasnących.
 
;
Jak widać, w obwodzie drgającym napięcie względem natężenia są
przesunięte o 90o. Energia pola elektrycznego jest w
stosunku do energi
pola megnetycznego przesunięta o 90o.
Oznaczenia:
I0 - natężenie początkowe;
I - natężenie;
w - prędkość kątowa;
t -
czas;
U - różnica potencjałów (napięcie);
U0 - początkowa
różnica potencjałów.
25.11 Prawa Maxwella.
25.11.1 Pierwsze prawo Maxwella.
Zmienne pole elektryczne wytwarza wokół siebie wirowe pole
magnetyczne.
25.11.2 Drugie prawo Maxwella.
Zmienne pole magnetyczne wytwarza wokół siebie wirowe pole
elektryczne.
25.12 Właściwości fal
elektromagnetycznych.
- w próżni rozchodzą się z
prędkością światła;
- ch częstotliwości są małe, długości
duże
25.13 Modulacja fal.
Jest to proces zapisywania informacji na fali elektromagnetycznej.
25.14 Zjawisko ugięcia i zasada
Hugensa.
25.14.1 Zjawisko ugięcia fali.
Jest to zmiana kierunku rozchodzenia się fali podczas przejścia fali
przez otwór w przeszkodzie.
25.14.2 Zasada Hugensa.
Każdy punkt ośrodka, do którego dotrze zabużenie, staje się
źródłem fal cząstkowych. Powierzchnia styczna do wszystkich fal
cząstkowych jest powierzchnią falową. Efekt na rysunku w pkt.25.14.1
jest superpozycją fal cząstkowych.
25.15 Odbicie fal.
Odbicie - zmiana kierunku rozchodzenia się fali podczas zetknięcia z
przeszkodą.
Jeżeli fala odbija się od ośrodka gęstszego niż ten, w którym
się rozchodzi, następuje zmiana fazy fali na przeciwną (uderza
grzbietem, odbija się doliną).
Kąt odbicia = kąt padania.
Promień fali, normalna do powierzchni i promień fali odbitejleżą w tej
samej płaszczyźnie.
25.16 Załamanie fali.
Zjawisko załamania polega na zmianie kierunku rozchodzenia się fali
podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego :
Promień fali padającej i promień fali załamanej leżą w tej samej
płaszczyźnie.
- Gdy kąt padania jest mniejszy od kątu
załamania, to V1<V2
Oznaczenia:
a - kąt padania;
b - kąt załamania;
V1,2 - prędkość rozchodzenia się
fali w pierwszym (drugim) ośrodku.
25.17 Interferencja fal i
ogólny warunek wzmocnienia i
wygaszenia fali.
25.17.1 Interferencja fal.
Jest to proces nakładania się fal na siebie. Interferować mogą tylko
fale spójne - ich różnica faz nie zależy od czasu. Fale
będą interferować wtedy, gdy mają jednakowe prędkości kątowe lub
częstotliwości. Cechami charakterystycznymi są wzmocnienia i wygaszenia
fali; wzmocnienia otrzymujemy wtedy, gdy fale spotkają się w zgodnej
fazie; wygaszenia - gdy w przeciwnej.
25.17.2 Ogólny warunek
wzmocnienia fali
Ogólny warurek wzmocnienia :
 , 
 ,
25.17.2 Ogólny warunek
wygaszenia fali.
Ogólny warurek wygaszenia :
 ,
Oznaczenia:
R2 - odległość drógiego źródła
od miejsca interferencji;
R1 - odległość pierwszego źródła od
miejsca interferencji;
25.18 Fala stojąca.
Jest to szczególny przypadek interferencji fal
(zob.pkt.25.17.1). Powstaje w wyniku nałożenia się na siebie fali
biegnącej z falą odbitą.
Powstają węzły (wygaszenie fali) i strzałki (wzmocnienie fali). Węzły,
tak jak strzałki, znajdują się w odległości  od siebie.Fala
stojąca nie przenosi fali, można ją traktować jako rezonans skończonej
liczby punktów drgających.
Oznaczenia:
l - długość fali.
25.19 Częstotliwość fali stojącej
na strunie.
Częstotliwość :
 ,
Oznaczenia:
f - częstotliwość;
V - prędkość fali;
l - długość struny;
n - ilość
wzmocnień (zob.pkt.25.18) (ilość mocowań struny minus 1).
25.20 Rura Kundta.
Jest to rura szklana zamknięta na obu końcach. Wewnątrz jest
sproszkowany korek. Drewniany ruchomy pręt pozwala dopasować słup
powietrza.
Rura Kundta służy do wyznaczania prędkości fal w różnych
materiałach :
Oznaczenia:
VM - prędkość fali w metalu;
VP - prędkość fali w powietrzu;
l - długość słupa powietrza;
L - długość prętu od pkt. zaczepienia do korka.
25.21 Polaryzacja fal i prawo
Mallusa.
Jest tov proces selekcji drgań. Fala jest spolaryzowana liniowo, jeżeli
wszystkie drgania zachodzą w jednym kierunku. Do polaryzacji służy
polaryzator. Najprostszym polaryzatorem jest karton z wyciętą w środku
szczeliną. Szczelina ta nazywa się osią polaryzatora.
Prawa polaryzacji :
- Jeżeli fala spolaryzowana liniowo, której
kierunek drgań jest zgodny z osią polaryzatora pada na polaryzator, to
fala ta przejdzie przez niego w całości i pozostanie niezmieniona.
- Jeżeli na polaryzator pada fala spolaryzowana liniowo,
przy czym kierunek polaryzacji fali jest ^ do osi polaryzatora, to po
przejściu przez polaryzator fala zostanie przez niego zatrzymana.
- Jeżeli na polaryzator pada fala spolaryzowana liniowo,
której kierunek drgań tworzy z osią polaryzatora kąt a, to po
przejściu przez polaryzator otrymamy falę spolaryzowaną liniowo zgodnie
z osią polaryzatora, a jej natężenie będzie spełniało prawo Mallusa :
- Po przejściu fali niespolaryzowanej przez polaryzator
otrzymamy falę spolaryzowaną liniowo zgodnie z osią polaryzatora, a jej
natężenie spełnia wzór :
 .
Fale akustyczne nie ulegają polaryzacji.
Aby sprawdzić, czy fala po przejściu przez polaryzator uległa
polaryzacji, ustawiamy na jej drodze analizator (drugi polaryzator).
Oznaczenia:
I - natężenie;
I0 - natężenie początkowe.
25.22 Radar.
Jest to układ nadajnika i odbiornika, działających w zakresie mikrofal.
Sygnał wysyłany odbija się od przeszkody i wraca.
Odległość między pikami pozwala na obliczenie odległości intruza od
nadajnika.
|
|
|
