Litt om Kapittel 5: Bølger, lyd , lys

Svingning Svingning er en periodisk bevegelse mellom to ytterstillinger Perioden (svingetiden) T betegner tiden som brukes på en svingning. Likevektsstilling er der gjenstanden befinner seg om den er i ro, avstanden fra dette punkt kalles utslag

Amplitude Amplitude bestemmer det maksimale utslaget på svingningen og er gitt i [meter] Hvis man snakker om bølgehøyde snakker man om amplitude x 2.

Dempning Dempning oppstår i svingninger pga friksjon, luftmotstand, evt annet tar energi ut av systemet. Eksempel: En linjal som bøyes ned og slippes vil svinge til den stopper. Energi vil overføres til varme og lyd (og kanskje litt deformasjon) Uten dempning ville linjalen svingt uendelig om likevektspunktet. -

Frekvens (f) [Hertz] Frekvens er det samme som 1/T Altså: frekvens =1/periode Frekvens er antall svingninger pr tidsenhet: 1 Hertz er det samme som 1 svingning pr sek. 1Hz =1/s = 1 s-1 En 200Hz TV kan oppdatere skjermen 200 ganger pr sekund. Gamle tegnefilmer er somregel på 24Hz – 24 stillbilder pr sekund Mobiltelefoner bruker GSM-signaler som oftest er på 890-915 MHz.

Bølgelengde Bølgelengde λ (lambda) er avstanden fra ett punkt i en bølge til det neste punktet som svinger i samme fase. (Evt bølgetopp til bølgetopp)

vekselstrøm – svingninger på 50Hz

Egenfrekvens og resonans: Hvis vi overlater et svingende lodd til seg selv, vil det svinge med en bestemt frekvens, egenfrekvensen. Enhver konstruksjon har egenfrekvens(er) som kan bli utsatt for resonans (hengebro) Resonans utnytter man seg av for eksempel ved å hoppe i riktig takt på et stupebrett. Utslaget forsterkes pga resonans.

Bølger Bølger er svingninger som brer seg Bølger transporterer energi Energi kommer fra bølgekilden

Bølger Mekaniske bølger Lydbølger Vannbølger Seismiske bølger Mekaniske bølger har bølgefart: v = fλ

Lyd Hørbar lyd: 20-20000 Hz (frekvensene som skaper resonans i trommehinna) Mørk tone (bass) 20-50Hz Stemmegaffel 440Hz Høyfrekvent ringelyd 17.4kHz Lyd er små trykkforskjeller som forplanter seg hurtig i materie. Minste hørbare lyd er 20 µPa

Lyd Hastighet til lyd i luft ca 330-340m/s (avhengig av temperatur og trykk) Hastighet til lyd i vann ca 1500m/s Hastighet i jern Ca 5100m/s vfast stoff > vvæsker > vgass

Lyd: Dopplereffekten

Interferens To bølgekilder kan skape forsterkninger og svekkelser ved at bølgene legger seg oppå hvernandre. Dette kalles interferens. Konstruktiv interferens: Destruktiv interferens:

Elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger Energien i elektromagnetiske bølger er avhengig av svingetiden. Jo større frekvens, jo høyere energi. Jo kortere bølgelengde jo høyere energi. Rød farge er dermed fargen med lavest energi. Gammastråler er de mest energirike elektromagnetiske strålene.

Elektromagnetiske bølger Kan sees på som en 3D-bølge hvor energien er konstant, men hvor de to feltintensitetene magnetisme og elektrisitet varierer med tiden, bølgene brer seg med lysets hastighet. c=299 792 458 m/s (lyshastighet i vakum) E=mc2 var likningen Einstein postulerte som ga sammenhengen mellom Energi og masse. Lyset går ca 7.5 ganger rundt jorda på ett sekund (7.5Hz)

Bølger med lengre bølgelengde brytes mindre Regnbue: hvitt lys består av ulike bølgelengder som splittes opp ved brytning fra luftvannluft. AM-radiobølger når lengre enn FM fordi AM har lengre bølgelengde Når biler som spiller høy musikk kjører forbi, hører vi bare bassen, diskanten absorberes av bilen.

Rødforskyvning (astronomi) Stjerner og fjerne himmellegemer (kvasarer og galakser) har rødforskyving ettersom hvor mye de flytter seg fra oss. Rødforskyvning er samme prinsippet som dopplereffekten. Pga legemet flytter seg vekk og c (lysfart) må være konstant i vakum er energien som kommer frem nødt til å bli redusert for at energiloven skal gjelde. Energien i elektromagnetisk stråling er gitt som E=h*f Rødforskyvning oppstår pga frekvensen til lyset synker.

Modellering av vannbølger Havbølger kan modelleres med sinus eller cosinusfunskjoner: (Airys bølgeteori) ζ =A sin (kx – ωt) Viktig sammenheng er da ω2=g*k for dypt vann , hvor ω= frekvens*2π k=2π/λ g=9.81m/s2 javaplotter A1=2m , ω=1, k=0.1 A2=1m, ω=2, k=0.41 A3=0.1m, ω=5, k=2.54 Gir: 2*sin(0.1*x -1*t) + 1* sin(0.41*x-2*t)+0.1*sin(2.54*x-5*t) Freakwaves, monsterbølger

Tsunami Bølger med lange perioder som inneholder ekstreme mengder energi som blir høye når de nærmer seg kysten. Skjer på dypt vann Jordplater presser vann opp og/eller ned Store tsunamier kan oppstå pga undervannsskred, gjerne på vulkanske øyer, (bbcvideo) og asteroidenedslag.

Tsunami Ute på havet er bølgene nesten ikke merkbare pga de lange bølgelengdene og de lave amplitudene (ca 10-30cm) Tsunamier beveger seg raskt på dypt hav (som et passasjerjetfly) men bremses opp etter hvert som det blir grunnere. Bølgene tårner dermed opp og blir farlige.

Tsunami- faresignaler Kraftig jordskjelv Rotter, dyr, etc som flykter i høyere terreng. Sjøen forsvinner Kjekt å vite: bølgen er ekstremt farlig pga hastighet og lang periode. (tenk kinetisk energi til tusenvis av m3 med vann.) Tsunamier består av flere bølger som kan komme med opptil ca 1 times mellomrom. Den første bølgen er ikke nødvendigvis den største