Versenyuszodákban úgynevezett „feszített víztükröt” hoznak létre. Mi lehet e megoldás fizikai alapja?
A) Az úszók által keltett felületi hullámokat a medence szélén egy sekély vizű szegéllyel „elnyeletik”, ezzel megakadályozva a hullámok visszaverődését.
B) Az úszók által keltett felületi hullámok és a medence tükörsima faláról visszaverődő hullámok kis amplitúdójú állóhullámot alakítanak ki.
C) A sekély vizű szegélyről mint nyitott végről ellentétes fázisban verődnek vissza a hullámok, így az érkező és a visszaverődő hullámok kioltják egymást.
A) Az úszók által keltett felületi hullámokat a medence szélén egy sekély vizű szegéllyel „elnyeletik”, ezzel megakadályozva a hullámok visszaverődését.
B) Az úszók által keltett felületi hullámok és a medence tükörsima faláról visszaverődő hullámok kis amplitúdójú állóhullámot alakítanak ki.
C) A sekély vizű szegélyről mint nyitott végről ellentétes fázisban verődnek vissza a hullámok, így az érkező és a visszaverődő hullámok kioltják egymást.
Beugratós kérdés, ugyanis létezik olyan, hogy egy visszaverődő hullám a bejövővel ellentétes fázisban indul vissza (más szóval a visszaverődéskor \(180^\circ\)-os, \(\pi\) radiánnyi fázisugrást szenved el), csakhogy ez a jelenség nem "nyitott" más néven "szabad" végnél, azaz könnyen elmozdítható közeg határához érve következik be, hanem pont ellenkezőleg, "zárt" azaz "rögzített, "merev" végnél. Tehát például a medence kemény, csempézett faláról visszaverődő hullámok ellentétes fázisban indulnak vissza, mint amilyen fázisban odaértek. De a bejövő és a visszaverődő hullám hiába ellentétes fázisú, ettől még nem fogják kioltani egymást (csak bizonyos helyeken, a csomópontokban), hiszen a két hullám ellentétes irányba halad, ezért nem fognak mindenhol ellentétes fázisban találkozni (csak bizonyos helyeken, ahol kialakulnak a csomópontok).
A feszített víztükör mechanizmusa kicsit bonyolultabb, mint a gimnáziumi szint. A gimis fizikában annyit megtanulunk, hogy visszaverődés akkor következik be, ha a hullám új közeghez érkezik, és akkor beszélünk új közegről, ha ott a hullám terjedési sebessége eltér az eddigitől. Ez alapján (gimis tudással) érthetetlen, hogy miért jelent közeghatárt, amikor a vízhullámok a medence szélén található sekély részhez érnek, hiszen "ott is víz van". A jelenség oka már nem gimis szintű, nevezetesen hogy mind a "kapilláris", mind a "nehézségi" vízhullámok terjedési sebessége függ valahogyan a vízmélységtől. Márpedig a medence \(2\ \mathrm{m}\) mélységéhez képest a szélén lévő sekély "hullámelnyelető" rész \(1\thinspace \unicode{x2013} \thinspace 2\ \mathrm{cm}\) mélysége 100-szoros csökkenést jelent,. Az sem a gimis tananyag része, hogy ilyenkor a közeghatárról visszaverődő hullám amplitúdója vajon miért lesz kicsi. Tehát a jelenség igazából nem érthető a gimis tudással; hanem a gimis tudás segítségével kizárható a három válaszból kettő:
- a B) válasz amiatt nem lehet jó, mert a kemény, sima falról nem kicsi, hanem nagy amplitúdójú hullám verődik vissza (lásd a fürdőszobában bizonyos hangmagasságnál kialakuló hangos rezonanciát, állóhullámokat)
- a C) válasz amiatt nem lehet jó, mert a nyitott végről nem ellentétes, hanem azonos fázisban indul el a visszavert hullám
vagyis gimis diákként a feladat "taktikázással" oldható meg, nem a jelenség fizikájának értése révén.
Az sem gimis szint, hogy mivel a vízmélység csökkenésével a felületi hullámok terjedési sebessége csökken, ezért amikor a "hullámmentesítő" szakasz a medencétől távolodva enyhén emelkedik, a csökkenő vízmélység miatt a hullámterjedés sebessége egyre csökken, ezért a hullám ezen haladva egyre jobban lelassul, amitől az egymás után érkező hullámfrontok feltorlódnak, "a hullámok egymásra futnak", aminek következtében az addigi "rendezett mozgás" miatti mechanikai energiájuk a nagy "keveredésben" disszipálódik, "hővé alakul".