Moduł 13 kursu Ruch drgający i fale: Fala sprężysta i ośrodek materialny: dlaczego fala przenosi energię, ale nie przenosi materii. Fale poprzeczne (drgania prostopadłe do kierunku fali) i podłużne (drgania równoległe).
W poprzednich 12 modułach badaliśmy, jak drga pojedyncze ciało w jednym miejscu: huśtawka na placu zabaw, ciężarek na sprężynie czy struna gitary.
W doświadczeniu ze sznurem przywiązanym do drzewa rolę źródła fali pełni:
Poprawna: a) Źródłem jest ciało, które pierwsze drga i przekazuje ruch ośrodkowi — tutaj dłoń. Sznur jest ośrodkiem, w którym fala się rozchodzi, a nie jej źródłem.
Wielu ludzi uważa, że gdy fala morska biegnie w stronę plaży, to woda z głębi morza fizycznie płynie w stronę brzegu. To fundamentalny błąd intuicji! Aby zrozumieć, czym naprawdę jest fala, wykonajmy słynny eksperyment myślowy.
Korek unosi się na jeziorze, a kilka metrów dalej wpada kamień. Co dzieje się z korkiem po przejściu fal?
Poprawna: d) Cząsteczki wody wykonują ruch drgający w miejscu, więc korek unosi się na grzbiecie i opada w dolinie, nie zmieniając położenia. Odpływanie razem z falą myli transport energii z transportem materii.
To, jak wygląda fala, zależy od tego, w jakim kierunku drgają cząsteczki ośrodka w porównaniu z kierunkiem, w którym biegnie cała fala . W fizyce wyróżniamy dwa podstawowe typy fal mechanicznych:
Jak drgają cząstki ośrodka w fali poprzecznej?
Poprawna: c) W fali poprzecznej kierunek drgań cząstek tworzy z kierunkiem fali kąt prosty, dlatego na sznurze widzimy grzbiety i doliny. Drgania wzdłuż biegu fali to cecha fali podłużnej.
W panelu A cząstka drga w pionie, a czerwona strzałka wskazuje bieg fali w prawo. Co oznacza ta strzałka?
Poprawna: b) Strzałka biegu fali pokazuje kierunek transportu energii, a cząstka porusza się prostopadle do niej. Pomylenie tych dwóch kierunków to właśnie różnica między falą poprzeczną a podłużną.
W fali poprzecznej śledzisz jedną pomarańczową cząstkę. Jak porusza się ona względem swojej linii równowagi?
Poprawna: a) Cząstka fali poprzecznej drga prostopadle do biegu fali, więc porusza się tylko w pionie. Przesuwanie się w prawo oznaczałoby transport materii, którego fala nie wykonuje.
Podczas trzęsienia ziemi w ognisku wstrząsu (hipocentrum) wyzwalana jest gigantyczna energia sprężysta. Z tego punktu w głąb Ziemi i ku powierzchni rozchodzą się jednocześnie dwa główne rodzaje fal mechanicznych:
Które fale sejsmiczne docierają do stacji sejsmologicznej jako pierwsze?
Poprawna: d) Fale P są podłużne i najszybsze ($5$–$8\text{ km/s}$), więc sejsmograf rejestruje je pierwsze. Fale S są wolniejsze, choć powodują większe zniszczenia — prędkość nie rośnie wraz z siłą wstrząsu.
Nie liczy się do paska postępu. Odpowiedź znajdziesz w rozwijanym polu poniżej.
Co tak naprawdę przebiega przez pole pszenicy podczas wiatru?
Poprawna: c) Przez pole wędruje zaburzenie, czyli fala, a kłosy pozostają zakorzenione na swoich miejscach. Ruch kłosów razem z falą byłby transportem materii, którego fala nie wykonuje.