Typy vln

Typy vln

Vlny hrají v mnoha oblastech našeho života nesmírně důležitou roli.

Fyzika

Klíčová slova

vlna, typy vln, zvuková vlna, gravitační vlna, elektromagnetická vlna, mechanická vlna, longitudinální, transverzální, kmitočet, amplituda, znít, vlnová délka, rychlost šíření, chvění, perioda kmitání, polarizační filtr, rádiové vlny, mikrovlnná trouba, světlo, viditelné světlo, ultrafialové záření, infračervené záření, polarizovaná vlna, infrazvuk, ultrazvuk, anténa, gravitace, Mechanika

Související doplňky

Scénky

Longitudinální (podélné) vlny

  • Longitudinální (podélná) vlna - Pohyb částic je rovnoběžný se směrem šíření vln. Mechanické vlny procházející plyny jsou vždy longitudinální.
  • reproduktor - Reproduktor vydává longitudinální zvukové vlny. Zvuk, podobně jako každá jiná vlna, je charakterizován vlnovou délkou, frekvencí, rychlostí šíření a amplitudou.
  • směr šíření vln
  • Vychýlení částic

Nejjednodušší mechanické vlny jsou zvukové vlny, které procházejí různými plyny. Zdroj zvuku způsobuje vibraci molekul plynu. Následně molekuly, které již vibrují, způsobují vibrace sousedních molekul. Tento proces se opakuje a takto se šíří vibrace.
Mechanické vlny procházející plyny jsou vždy longitudinální, to znamená, že směr pohybu částic je rovnoběžný se směrem šíření vlny. Je to proto, že částice v plynu se nepřitahují k sobě, a tak na ně nejsou vyvíjeny smykové síly. Jediná částice může způsobit vibrace pouze těch částic, které jsou před ní. Longitudinální vlny nelze polarizovat.

Transverzální (příčné) vlny

  • Transverzální (příčná) vlna - Pohyb částic je kolmý ke směru šíření vln.
  • směr šíření vln
  • vychýlení částic

Mechanické vlny procházející přes pevné látky nebo kapaliny mohou být buď transverzální nebo longitudinální.

Transverzální vlny jsou vlny, ve kterých je směr vibrace částic kolmý na směr šíření vln. Při brnknutí na kytarovou strunu se vlna pohybuje podél struny, ale vibrace je kolmá na pohyb vlny. Pokud vibrace probíhá v téže rovině, říkáme, že vlna je lineárně polarizovaná.

Komplexní vlny - Vodní vlna

  • Vodní vlna - Tyto vlny jsou současně longitudinální a transverzální: částice vody se pohybují v kruzích.

Většina vln pozorovaných v přírodě není čistě transverzální nebo longitudinální, stejně jako transverzální vlny nejsou vždy polarizované v jedné rovině.

Tyto pohyby částic v určitém médiu se obvykle vyskytují současně. Jakýkoliv komplexní vlnový pohyb může být popsán jako kombinace longitudinální a jedné nebo více transverzálních vln. Například, když se podíváme na vlny na vodě, částice se pohybují nejen nahoru a dolů, ale i dozadu a dopředu, takže vodní vlny mohou být také popsány jako kombinace jedné longitudinální a jedné transverzální vlny.
Důvodem je to, že voda není stlačitelné médium, takže částice, které se pohybují směrem dolů, netlačí částice pod nimi, ale tlačí je do stran. Vlny procházející přes pevné médium (například seizmické vlny) jsou ještě složitější.

Polarizace

  • kruhově polarizovaná transverzální vlna - Kombinace dvou transverzálních vln, které jsou vzájemně kolmé.
  • lineárně polarizovaná transverzální vlna - Vlna, ve které se částice pohybují v jedné rovině; jejich pohyb je kolmý ke směru šíření vln.
  • polarizátor - Vlny se lineárně polarizují, když procházejí tímto filtrem.
  • kolmý polarizátor

Elipticky polarizovaná vlna je složením dvou transverzálních vln, ale tato vlna může být ve speciálních případech kruhově polarizovaná.

Kruhově polarizovaná vlna může být snadno vytvořena přivázáním jednoho konce elastického lana k lopatce ventilátoru a natažením druhého konce lana.
K transformaci kruhově polarizované vlny na lineárně polarizovanou vlnu je potřebný polarizátor.
Pro mechanické vlny je tento polarizátor mezera. Jakmile vlna prochází touto mezerou, stává se lineárně polarizovanou.
Pokud je v cestě vlny umístěn další polarizátor, kolmý na první, vlna jím neprochází.

Elektromagnetická vlna

  • Elektromagnetické dipólové záření - Měnící se elektrické pole kolem antény vyvolává měnící se magnetické pole, které zase vytváří měnící se elektrické pole a tento proces se neustále opakuje.
  • anténa - Rozložení náboje v něm se periodicky mění, proto se periodicky mění i elektrické pole kolem něj.

Elektromagnetické vlny nejsou vibracemi materiálního média. Ve skutečnosti nepotřebují médium k šíření a nejrychleji se šíří ve vakuu.

Vznikají tak, že měnící se elektrické pole vytváří měnící se magnetické pole, které zase vytváří další měnící se elektrické pole a tento proces se opakuje.
V případě elektromagnetické vlny nejsou žádné vibrační částice, takže v tomto případě není snadné interpretovat polarizaci. Pokud však směr vibrace je stotožněn s měnícím se vektorem intenzity elektrického pole, elektromagnetické vlny se rovněž považují za transverzální vlny, takže jejich polarizace může být lineární nebo složitější.
Přirozené světlo je vlna, která není polarizovaná v jedné rovině, protože nepochází z jednoho zdroje. Mnoho molekul nebo atomů ho vytvářejí nezávisle od sebe, polarizují ho v různých rovinách. Přirozené světlo může být polarizováno optickými polarizačními filtry.

Gravitační vlny

  • Gravitační vlna - Mohou být generovány například dvěma hvězdami obíhajícími kolem sebe.

Gravitační vlny se vytvářejí jako výsledek zrychlujících se hmotností. V podstatě jsou považovány za vlny v časoprostoru. Výsledkem je periodické zkrácení a prodloužení časoprostoru v daném bodě. Toto je možné detekovat jen s velmi přesnými přístroji a jen velmi velké urychlující hmoty, jako jsou dvojhvězdy​ obíhající kolem sebe, mohou vytvářet významné gravitační vlny, které mohou být detekovány.

Typy vln

  • Zdroj
  • Mechanický
  • Elektromagnetický
  • Gravitačný
  • Směr vibrací
  • Longitudinální
  • Transverzální
  • Komplexní
  • Frekvence, vlnová délka
  • Infrazvuk - Vzniká zemětřesením, ale je také emitován velrybami a slony. Jeho frekvence: 0-20 Hz.
  • Slyšitelný zvuk - Frekvence zvukových vln slyšitelných pro člověka se pohybuje od 20 do 20 000 Hz.
  • Ultrazvuk - Používají ho netopýři a delfíni; používáme ji v medicíně pro diagnostické zobrazování. Jeho frekvence je vyšší než 20 000 Hz.
  • Rádiová vlna - [b]Dlouhá vlna[/b] - vlnová délka: 2000-1000 m, frekvence (Hz): 1,5⋅10⁵-3⋅10⁵ Hz [b]Střední vlna[/b] - vlnová délka: 150–600 m, frekvence (Hz): 5⋅10⁵-2⋅10⁶ Hz [b]Krátká vlna[/b] - vlnová délka: 15–50 m, frekvence (Hz): 6⋅10⁶-2⋅10⁷ Hz [b]Ultra krátká vlna[/b] - vlnová délka: 1–15 m, frekvence (Hz): 2⋅10⁷-3⋅10⁸ Hz Používají se v rádiích a radarech.
  • Mikrovlna - vlnová délka: 1 m-0,03 mm, frekvence (Hz): 3⋅10⁸-10¹³ Hz Používají je mobilní telefony, Wi-Fi routery a mikrovlnné trouby.
  • Infračervené záření - vlnová délka: 0,3-760 nm, frekvence (Hz): 10¹²-3,9⋅10¹⁴ Hz Slunce, lidské tělo a ohřívače vyzařují teplo také ve formě infračerveného záření.
  • Viditelné světlo - vlnová délka: 760-380 nm, frekvence (Hz): 3,9⋅10¹⁴-7,8⋅10¹⁴ Hz Světlo je také typem elektromagnetické vlny.
  • Ultrafialové záření - vlnová délka: 380-10 nm, frekvence (Hz): 7,8⋅10¹⁴-3⋅10¹⁶ Hz Nadměrné vystavení UV paprskům přicházejícím ze Slunce způsobuje spálení sluncem.
  • Rentgenové záření - vlnová délka: 1 nm-1 pm, frekvence (Hz): 3⋅10¹⁶-3⋅10²⁰ Hz Nadměrné vystavení rentgenovým paprskům používanými v medicíně může poškodit naše tkáně.
  • Gama záření - vlnová délka: 0,3 nm-30 fm, frekvence (Hz): 10¹⁸-10²² Hz Gama paprsky kosmického původu nebo vzniklé jadernými reakcemi, jsou nejničivější elektromagnetické vlny.
  • Jiné mechanické vlny

Vlny hrají mimořádně důležitou roli v mnoha oblastech našeho života. Vnější svět většinou vnímáme pomocí vln, jelikož zvuk, světlo a také zemětřesení jsou vlny, ale rádiové vysílání, radar a laser jsou také založeny na vlnách.

Vlny mohou být kategorizovány podle různých vlastností. Nejběžnější kategorie jsou založeny na médiu, přes které vlny putují.
Mohou být také seskupeny podle polarizace a frekvence.

Podle zdroje vzniku mohou být vlny:
1) Mechanické vlny (např. zvuk, ultrazvuk, seismické vlny, vodní vlny)
2) Elektromagnetické vlny (světlo, rádiové vlny, infračervené záření, ultrafialové záření, rentgenové záření, gama záření, mikrovlny)
3) Gravitační vlny
4) Funkce v kvantové mechanice, které se používají pro matematický popis stavu fyzikálního systému, lze také považovat za vlny; proto se nazývají i vlnové funkce.

Animace

  • Longitudinální (podélná) vlna - Pohyb částic je rovnoběžný se směrem šíření vln. Mechanické vlny procházející plyny jsou vždy longitudinální.
  • reproduktor - Reproduktor vydává longitudinální zvukové vlny. Zvuk, podobně jako každá jiná vlna, je charakterizován vlnovou délkou, frekvencí, rychlostí šíření a amplitudou.
  • směr šíření vln
  • Vychýlení částic
  • Transverzální (příčná) vlna - Pohyb částic je kolmý ke směru šíření vln.
  • směr šíření vln
  • vychýlení částic
  • Vodní vlna - Tyto vlny jsou současně longitudinální a transverzální: částice vody se pohybují v kruzích.
  • kruhově polarizovaná transverzální vlna - Kombinace dvou transverzálních vln, které jsou vzájemně kolmé.
  • lineárně polarizovaná transverzální vlna - Vlna, ve které se částice pohybují v jedné rovině; jejich pohyb je kolmý ke směru šíření vln.
  • polarizátor - Vlny se lineárně polarizují, když procházejí tímto filtrem.
  • kolmý polarizátor
  • Elektromagnetické dipólové záření - Měnící se elektrické pole kolem antény vyvolává měnící se magnetické pole, které zase vytváří měnící se elektrické pole a tento proces se neustále opakuje.
  • anténa - Rozložení náboje v něm se periodicky mění, proto se periodicky mění i elektrické pole kolem něj.
  • Gravitační vlna - Mohou být generovány například dvěma hvězdami obíhajícími kolem sebe.
  • Zdroj
  • Mechanický
  • Elektromagnetický
  • Gravitačný
  • Směr vibrací
  • Longitudinální
  • Transverzální
  • Komplexní
  • Frekvence, vlnová délka
  • Infrazvuk - Vzniká zemětřesením, ale je také emitován velrybami a slony. Jeho frekvence: 0-20 Hz.
  • Slyšitelný zvuk - Frekvence zvukových vln slyšitelných pro člověka se pohybuje od 20 do 20 000 Hz.
  • Ultrazvuk - Používají ho netopýři a delfíni; používáme ji v medicíně pro diagnostické zobrazování. Jeho frekvence je vyšší než 20 000 Hz.
  • Rádiová vlna - [b]Dlouhá vlna[/b] - vlnová délka: 2000-1000 m, frekvence (Hz): 1,5⋅10⁵-3⋅10⁵ Hz [b]Střední vlna[/b] - vlnová délka: 150–600 m, frekvence (Hz): 5⋅10⁵-2⋅10⁶ Hz [b]Krátká vlna[/b] - vlnová délka: 15–50 m, frekvence (Hz): 6⋅10⁶-2⋅10⁷ Hz [b]Ultra krátká vlna[/b] - vlnová délka: 1–15 m, frekvence (Hz): 2⋅10⁷-3⋅10⁸ Hz Používají se v rádiích a radarech.
  • Mikrovlna - vlnová délka: 1 m-0,03 mm, frekvence (Hz): 3⋅10⁸-10¹³ Hz Používají je mobilní telefony, Wi-Fi routery a mikrovlnné trouby.
  • Infračervené záření - vlnová délka: 0,3-760 nm, frekvence (Hz): 10¹²-3,9⋅10¹⁴ Hz Slunce, lidské tělo a ohřívače vyzařují teplo také ve formě infračerveného záření.
  • Viditelné světlo - vlnová délka: 760-380 nm, frekvence (Hz): 3,9⋅10¹⁴-7,8⋅10¹⁴ Hz Světlo je také typem elektromagnetické vlny.
  • Ultrafialové záření - vlnová délka: 380-10 nm, frekvence (Hz): 7,8⋅10¹⁴-3⋅10¹⁶ Hz Nadměrné vystavení UV paprskům přicházejícím ze Slunce způsobuje spálení sluncem.
  • Rentgenové záření - vlnová délka: 1 nm-1 pm, frekvence (Hz): 3⋅10¹⁶-3⋅10²⁰ Hz Nadměrné vystavení rentgenovým paprskům používanými v medicíně může poškodit naše tkáně.
  • Gama záření - vlnová délka: 0,3 nm-30 fm, frekvence (Hz): 10¹⁸-10²² Hz Gama paprsky kosmického původu nebo vzniklé jadernými reakcemi, jsou nejničivější elektromagnetické vlny.
  • Jiné mechanické vlny

Vyprávění

Vlny hrají mimořádně důležitou roli v mnoha oblastech našeho života. Vnější svět většinou vnímáme pomocí vln, jelikož zvuk, světlo a také zemětřesení jsou vlny, ale rádiové vysílání, radar a laser jsou také založeny na vlnách.

Vlny mohou být kategorizovány podle různých vlastností. Nejběžnější kategorie jsou založeny na médiu, přes které vlny putují.
Mohou být také seskupeny podle polarizace a frekvence.

Podle zdroje vzniku mohou být vlny mechanické, elektromagnetické a gravitační vlny. Funkce v kvantové mechanice, které se používají pro matematický popis stavu fyzikálního systému, lze také považovat za vlny; proto se nazývají i vlnové funkce.

Nejjednodušší mechanické vlny jsou zvukové vlny, které procházejí různými plyny. Zdroj zvuku způsobuje vibraci molekul plynu. Následně molekuly, které již vibrují, způsobují vibrace sousedních molekul. Tento proces se opakuje a takto se šíří vibrace.
Mechanické vlny procházející plyny jsou vždy longitudinální, to znamená, že směr pohybu částic je rovnoběžný se směrem šíření vlny. Je to proto, že částice v plynu se nepřitahují k sobě, a tak na ně nejsou vyvíjeny smykové síly. Jediná částice může způsobit vibrace pouze těch částic, které jsou před ní. Longitudinální vlny nelze polarizovat.

Mechanické vlny procházející přes pevné látky nebo kapaliny mohou být buď transverzální nebo longitudinální.

Transverzální vlny jsou vlny, ve kterých je směr vibrace částic kolmý na směr šíření vln. Při brnknutí na kytarovou strunu se vlna pohybuje podél struny, ale vibrace je kolmá na pohyb vlny. Pokud vibrace probíhá v téže rovině, říkáme, že vlna je lineárně polarizovaná.

Většina vln pozorovaných v přírodě není čistě transverzální nebo longitudinální, stejně jako transverzální vlny nejsou vždy polarizované v jedné rovině.

Tyto pohyby částic v určitém médiu se obvykle vyskytují současně. Jakýkoliv komplexní vlnový pohyb může být popsán jako kombinace longitudinální a jedné nebo více transverzálních vln. Například, když se podíváme na vlny na vodě, částice se pohybují nejen nahoru a dolů, ale i dozadu a dopředu, takže vodní vlny mohou být také popsány jako kombinace jedné longitudinální a jedné transverzální vlny.
Důvodem je to, že voda není stlačitelné médium, takže částice, které se pohybují směrem dolů, netlačí částice pod nimi, ale tlačí je do stran. Vlny procházející přes pevné médium (například seizmické vlny) jsou ještě složitější.

Elipticky polarizovaná vlna je složením dvou transverzálních vln, ale tato vlna může být ve speciálních případech kruhově polarizovaná.

Kruhově polarizovaná vlna může být snadno vytvořena přivázáním jednoho konce elastického lana k lopatce ventilátoru a natažením druhého konce lana.
K transformaci kruhově polarizované vlny na lineárně polarizovanou vlnu je potřebný polarizátor.
Pro mechanické vlny je tento polarizátor mezera. Jakmile vlna prochází touto mezerou, stává se lineárně polarizovanou.
Pokud je v cestě vlny umístěn další polarizátor, kolmý na první, vlna jím neprochází.

Elektromagnetické vlny nejsou vibracemi materiálního média. Ve skutečnosti nepotřebují médium k šíření a nejrychleji se šíří ve vakuu.

Vznikají tak, že měnící se elektrické pole vytváří měnící se magnetické pole, které zase vytváří další měnící se elektrické pole a tento proces se opakuje.
V případě elektromagnetické vlny nejsou žádné vibrační částice, takže v tomto případě není snadné interpretovat polarizaci. Pokud však směr vibrace je stotožněn s měnícím se vektorem intenzity elektrického pole, elektromagnetické vlny se rovněž považují za transverzální vlny, takže jejich polarizace může být lineární nebo složitější.
Přirozené světlo je vlna, která není polarizovaná v jedné rovině, protože nepochází z jednoho zdroje. Mnoho molekul nebo atomů ho vytvářejí nezávisle od sebe, polarizují ho v různých rovinách. Přirozené světlo může být polarizováno optickými polarizačními filtry.

Gravitační vlny se vytvářejí jako výsledek zrychlujících se hmotností. V podstatě jsou považovány za vlny v časoprostoru. Výsledkem je periodické zkrácení a prodloužení časoprostoru v daném bodě. Toto je možné detekovat jen s velmi přesnými přístroji a jen velmi velké urychlující hmoty, jako jsou dvojhvězdy​ obíhající kolem sebe, mohou vytvářet významné gravitační vlny, které mohou být detekovány.

Související doplňky

Charakteristické parametry zvukových vln

Tato animace vysvětluje nejdůležitější parametry vln, a to pomocí zvukových vln.

Jak funguje reproduktor?

Zvukové vlny v reproduktorech jsou generovány pomocí elektromagnetické indukce.

Dopplerův jev

Je známým jevem, že zvuk přibližujícího se zdroje zvuku je vyšší než vzdalujícího se.

Elektrický zvonek

Mechanický zvonek funguje pomocí elektromagnetu.

Gravitační vlna (LIGO)

Když tělesa s velkou hmotností vykonávají zrychlující se pohyb, vznikají kolem nich vlny v časoprostoru, které se nazývají gravitačními vlnami.

Harmonické kmitání a rovnoměrný kruhový pohyb

Kolmý průmět hmotného bodu provádějícího rovnoměrný kruhový pohyb vykonává harmonické kmitání.

Krajina formována mořem

Mořská voda, jako vnější síla, hraje důležitou roli v rámci formování mořského pobřeží.

Magnetron

Magnetron, který vyrábí mikrovlny, je důležitou součástí mikrovlnné trouby.

Mořské proudy

Mořské proudy tvoří velký dopravníkový oceánský pás, který ve výrazné míře ovlivňuje zemské klima.

Přílivová elektrárna

Přílivové elektrárny využívají denní kolísání hladiny vody na výrobu elektrické energie.

Průhlednost

Tato animace vysvětluje průhlednost a neprůhlednost, princip radiografie, respektive proč určité materiály pohlcují pouze světlo určité barvy.

Radar (Zoltán Bay)

Maďarský vědec byl prvním člověkem, který odhalil radarové odrazy od Měsíce, v roce 1946.

Radioaktivita

Radioaktivní rozpad je proces rozpadu nestabilních atomových jader.

Slapové jevy

Vzestup a pokles mořské hladiny v důsledku gravitační síly Měsíce.

Zemětřesení

Zemětřesení je jedním z nejničivějších přírodních jevů Země.

Concorde (1969)

První nadzvukový dopravní letoun byl zařazen do provozu v roce 1976.

Delfín skákavý

Delfíni jsou mořští savci, které k orientaci používají zvukové signály.

Domácí elektrické světelné zdroje

Tato animace nám představí fungování domácích zdrojů světla od tradičních žárovek až po LED osvětlení.

Jak to funguje? - Mikrovlnná trouba

Pomocí animace poznáme strukturu a fungování mikrovlnné trouby.

Jak to funguje? - Sonar

Sonar funguje na principu radaru, které místo rádiových vln používá ultrazvuk.

Laboratoř Nikoly Tesly (Shoreham, USA)

Tento inženýr a vynálezce, který se věnoval především elektrotechnice, byl bezpochyby nejgeniálnější postavou druhé průmyslové revoluce.

Počítačová tomografie

Pomocí této animace poznáme strukturu a fungování počítačové tomografie.

Tsunami

Vlny tsunami jsou až několik metrů vysoké vlny s obrovskou ničivou silou.

Tvorba zvuku

Při tvorbe zvuku vzduch proudící z plic rozkmitá hlasivky.

Vrápenec malý

Netopýři se orientují a loví pomocí ultrazvuku.

Slunce

Průměr Slunce je asi 109 násobek průměru Země. Většina z jeho hmotnosti se skládá z vodíku.

Added to your cart.