Hullám közeghatárhoz érve

Hullám közeghatárhoz érve

Hullám közeghatárhoz érve 14689 Link

Nézzük a legegyszerűbben szemléltethető hullámot, az egydimenziósat, vagyis ami csak egyetlen irányban terjed! A gyakorlatban ehhez vegyünk egy rugalmas szálat (vékony, hosszú gumicsövet vagy spirálrugót), és indítsunk rajta el egy transzverzális hullámot:

Ha a rugalmas szál egy ponttól kezdve,  a további szakaszon  másfajta lesz, ami a hullám szempontjából anyit jelent, hogy lassabban vagy terjed benne a hullám, akkor az odaérkező hullám részben továbbhalad, részben visszaverődik.
 

 Lassabb közeghez érkező hullám 

Ilyenkor a továbbhaladó hullám fázisa azonos a beérkezőével, de a visszaverődő hullám ellentétes fázisúra változik (a bejövőhöz képest).


 

 Gyorsabb közeghez érkező hullám 

Ilyenkor a továbbhaladó és a visszaverődő hullám egyaránt azonos fázisú a bejövővel.

Nézzük ennek a két esetnek a szélsőséges eseteit is!
 

 Rögzített (merev, zárt) vég 

Kössük a rugalmas szál egyik végét egy mereven rögzített ponthoz (például a falból kiálló kampóhoz)!  Minden mechanikai hullám lényege, hogy az egyensúlyi helyzetéből kimozdított (rezgésbe hozott) részecske a szomszédos részecskét mozgásba hozza, kimozdítja (a rugalmas szálon például "felhúzza"). Most azonban az "új közeg" annyira merev, hogy a falhoz (rögzített véghez) érkező hullám utolsó részecskéje nem képes a szokszédos részecskét kimozdíteni, "felhúzni", vagyis olyan, mintha a hullám terjedési sebessége nagyon lelassult volna, tehát ez a "lassabb közeghez érkező" hullám határesete, amikor is a bejövő hullám energiája részben a továbbhaladóra, részben a visszaverődőre oszlik szét, így a visszaverődő mindig kisebb amplitúdójú a bejövőnél. Itt viszont a hullám nem tud továbbmenni, ezért továbbhaladó hullám hiányában a teljes energiát a visszaverődpőnek kell elvinnie, vagyis a visszaverődő hullám a bejövővel azonos amplitúdóval kell visszaverődjön. A "lassabb közeghez érkező" hullám esetében a visszaverődő hullám mindig ellentétes fázisú a bejövővel, így ideális merev végnél egy ellentétes fázisú, azonos amplitúdójú visszaverődő hullámot kapunk.  

 Szabad (nyitott) vég 

Kösszük a rugalmas szál egyik végét egy könnyen mozgó ponthoz (a gyakorlatban egy kis súrlódással csúszni képes gyűrűhöz)! Ekkor a rugalmas szál utolsó részecskéje "nincs kit kimozdítson". Mit is jelent ez? Amikor a hullámtér egyik részecskéje kimozdítja a szomszédját, akkor ehhez erőt fejt ki rá, de a hatás-ellenhatás elve alapján az általa kimozdított szomszéd is "visszahat" rá. Ebben az esetben viszont végtelenül könnyen mozdul ki a szomszéd, könnyű őt felrántani, tehát olyan, mintha az "új közegben" a tejedési sebesség nagyon nagy lenne. Vagyis ez a "gyorsabb közeghez érkező hullám" szélsőséges határesete, amikor is a visszaverődő hullám mindig azonos fázisú az eredetivel. Mivel ebben a szélsőséges esetben egyáltalán nincs továbbhaladó hullám, ezért az energiát sem vihet magával, így az energiamegmaradás miatt a visszaverőső hullám azonos amplitúdójú lesz a bejövővel.

A rögzített illetve szabad vég itt tárgyalt viselkedése az állóhullámok kialakulásánál kap jelentős szerepet a húroknál és a sípoknál.