Artiklid definitsioonivalemi ja mehaaniliste lainete tüüpide kohta
MEHAANILISTE LAINETE MÄÄRATLUS
Kui hoiad köie ühte otsa ja liigutad seda üles-alla, tekib laine, mis levib mööda köit. Või kui kukutad kivi vette, tekivad veepinnale lained. Köis ja vesi ainult võnguvad üles-alla, mitte ei liigu horisontaalselt. Lained köiel ja lained vees on mehaaniliste lainete näited.
Mehaanilised lained on lained, mis levivad läbi keskkonna. Mehaaniliste lainete näideteks on köitel või nööridel levivad lained, vees levivad lained, õhus levivad helilained ja pinnases levivad maavärinalained. Lained võivad liikuda pikki vahemaid, kui keskkond, milles lained vibreerivad, asub tasakaalupunkti lähedal.
Mehaaniliste lainete tüübid
Oma kuju põhjal jagunevad mehaanilised lained kahte tüüpi: põiklained ja pikilained.
Põiklained on lained, mis tekivad siis, kui laine liikumise suund on osakeste liikumise suunaga risti. Näiteks lained köiel, lained veel.
Kui nööri lained liiguvad horisontaalsuunas, liiguvad nööri osakesed vertikaalsuunas. Samamoodi, kui veelained liiguvad horisontaalsuunas, liiguvad veeosakesed vertikaalsuunas.
Pikilained on lained, mis tekivad siis, kui laine liikumise suund on paralleelne osakeste liikumise suunaga. Näiteks lained vedrudes ja helilained õhus.
Kui vedrul olev laine liigub horisontaalsuunas, siis liiguvad ka vedrul tekkiv tihedus ja pinge horisontaalsuunas edasi-tagasi.
Samamoodi, kui helilaine liigub vertikaalsuunas, siis õhk tõmbub kokku ja venib vertikaalsuunas.
Maavärina lained koosnevad põiklainetest (nn nihkelainetest) ja pikilainetest (nn rõhulainetest).
MEHAANILISE LAINE VALEM
Põiklaine valem
Lainete kirjeldamiseks kasutatakse mitmeid suurusi, nimelt amplituudi (A), sagedust (f), perioodi (T) ja laine kiirust (v).
Amplituud on maksimaalne hälve. Periood on ajavahemik kahe järjestikuse laineharja/oru vahel, mis läbivad sama punkti ruumis. Sagedus on tippude/orgude arv, mis läbivad sama punkti ajaühiku kohta.
Mehaanilised lained liiguvad teatud kiirusel. Lainekiiruse valem on:
v = λ f = λ/T
v = laine kiirus, λ = lainepikkus, f = sagedus, T = periood.
Lainepikkuse rahvusvaheline ühik on meeter, sageduse ühik on herts ja perioodi ühik on sekund. Lainekiiruse ühik on meeter/sekund.
Näidisprobleem:
Keeltel leviva põiklaine sagedus on 2 Hz (2 laineharja läbivad sama punkti ruumis 1 sekundi jooksul) ja lainepikkus on 3 meetrit (kahe lähima laineharja vaheline kaugus on 2 meetrit). Milline on laine kiirus?
Teatud:
Sagedus (f) = 2 Hz
Lainepikkus (λ) = 3 meetrit
Otsitud: Kiirus (v)
Lahendus:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
Põiklaine kiirus keskkonnas sõltub läbiva keskkonna olemusest. Näiteks laine kiirus nööril (köiel, nööril, traadil) sõltub nööri pingest (FT) ja nööri massitihedusest (nööri mass pikkuseühiku kohta).
Näidisprobleem:
Laine pikkus on 1 meeter ja see levib mööda 100 meetrit pikkust ja 2 kg massiga nööri. Köie pinge on 200 N. Milline on lainete kiirus köies?
Teatud:
Lainepikkus (λ) = 1 meeter
Köie pikkus (L) = 100 meetrit
Köie mass (m) = 2 kg
Köie pinge (T) = 200 N
Otsitud: Laine kiirus nööril (v)
Lahendus:
Pikisuunalise laine valem
Pikilainete kiirus keskkonnas sõltub keskkonna olemusest, mida see läbib. Tahketel vardadel levivate pikilainete kiirust arvutatakse järgmise valemi abil:
v = laine kiirus, E = Youngi elastsusmoodul, ρ = tihedus
Näidisprobleem:
Arvutage helilaine leviku kiirus mööda terasrööpaid. Young Steeli elastsusmoodul = 2 x 1011 N / m2 ja terase tihedus = 7.8 x 103 kg / m3
Teatud:
Terase elastsusmoodul (E) = 2 x 1011 N / m2
Terase tihedus (ρ) = 7.8 x 103 kg / m3
Otsitud: Helilainete kiirus
Lahendus:
Vedelikes ja gaasides levivate pikilainete kiirust arvutatakse järgmise valemi abil: v = laine kiirus, B = mahtmoodul, ρ = tihedus
Näidisprobleem:
Milline on pikilainete kiirus vees liikudes?
Puistevee moodul (B) = 2 x 109 N / m2
Vee tihedus (ρ) = 1000 kg/m³3
Lahendus:
Pikisuunalise laine kiirus vees levimisel:
