2. Πως μεταφέρεται η ενέργεια
Η ενέργεια μεταφέρεται με δύο τρόπους:
Με μεταφορά μάζας:
Αν πετάξεις ένα μπαλάκι προς
το αμαξάκι, το αμαξάκι θα μετα-
κινηθεί
Μέσω κυμάτων:
Αν δέσεις το αμαξάκι με ένα
σχοινί, τεντώσεις το σχοινί και
αρχίσεις να το κουνάς με το χέρι
σου, τότε το αμαξάκι θα μετακι-
νηθεί.
3. Τι ονομάζουμε κύμα;
Κύμα ονομάζεται η διάδοση μιας διαταραχής
στο χώρο και η εξέλιξή της στο χρόνο.
4. Τι είναι η «διαταραχή»;
Η διαταραχή μπορεί να είναι:
η απομάκρυνση των υλικών σημείων (πχ. των μορίων
του μέσου διάδοσης) από τη θέση ισορροπίας τους
η μεταβολή της πίεσης ή της πυκνότητας του αέρα.
Η μεταβολή ενός ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου
5. Πόσες κατηγορίες κυμάτων έχουμε;
Υπάρχουν δύο κατηγορίες κυμάτων:
Τα μηχανικά:
i. Μεταφέρουν μηχανική ενέργεια (και ορμή).
ii. Χρειάζονται κάποιο μέσο για να διαδοθούν.
iii. Δεν μεταφέρουν ύλη (μάζα)!
Τα ηλεκτρομαγνητικά:
i. Μεταφέρουν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια
ii. Διαδίδονται και στο κενό.
Και τα μηχανικά και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκτός από ενέργεια μετα-
φέρουν και ορμή (θα μάθετε γι’ αυτήν στην επόμενη τάξη).
8. 2015
Στις 14 Σεπτέμβριου του 2015 οι επιστήμονας, για
πρώτη φορά στην ιστορία, «κατέγραψαν» ένα νέο είδος
κυμάτων, τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα. Τα
αναζητούσαν για 100 χρόνια!
Τα είχε προβλέψει ήδη από το 1916 ο Albert Einstein
Albert Einstein (1879-1955)
9. Μηχανικά κύματα
Τα μηχανικά κύματα όπως είπαμε μεταφέρουν μηχανική
ενέργεια (και ορμή).
Χρειάζονται (υποχρεωτικά) κάποιο μέσο για να
διαδοθούν (το οποίο συχνά το ονομάζουμε και ελαστικό
μέσο). Δεν διαδίδονται στο κενό (σε αντίθεση με τα
ηλεκτρομαγνητικά).
Παραδείγματα μέσου διάδοσης:
Νερό (πχ. τα κύματα στη θάλασσα, ή τα επιφανειακά
κύματα σε μία λίμνη),
Αέρας (πχ. ο ήχος),
Σκοινί,
Ελατήριο,
Εσωτερικό και επιφάνεια της Γης (σεισμικά κύματα).
10. Είδη κυμάτων
Διακρίνουμε δύο είδη διάδοσης, με βάση τον τρόπο
που κινούνται τα σωματίδια του μέσου διάδοσης:
Τα εγκάρσια κύματα:
Τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται κάθετα στη
διεύθυνση διάδοσης του κύματος.
Τα διαμήκη κύματα:
Τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται στην ίδια διεύθυνση
με τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος
11. Διαμήκη κύματα
Διαδίδονται και στα στερεά, και στα υγρά και στα αέρια
Παραδείγματα:
Τα ηχητικά κύματα (ο ήχος)
Τα κύματα σε ένα ελατήριο
12. Εγκάρσια κύματα
Διαδίδονται μόνο στα στερεά (και στην επιφάνεια των
υγρών, οπότε και λέγονται επιφανειακά κύματα.
Παράδειγμα:
Κύματα σε σχοινί
Επιφανειακά κύματα:
Δημιουργούνται στην επιφάνεια των υγρών, είναι «μίγμα»
διαμήκων και εγκαρσίων κυμάτων και μπορούν να θεωρηθούν
«κατά προσέγγιση» εγκάρσια.
13. Διαφορές Εγκάρσιων και διαμήκων
κυμάτων
Τα διαμήκη κύματα διαδίδονται και στα στερεά και στα υγρά
και στα αέρια, ενώ τα εγκάρσια διαδίδονται μόνο στα στερεά
και «κατά προσέγγιση» στην επιφάνεια των υγρών.
Στα διαμήκη τα σωματίδια του μέσου (μόρια) ταλαντώνονται
παράλληλα στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος, ενώ στα
εγκάρσια ταλαντώνονται κάθετα.
Στα διαμήκη κύματα σχηματίζονται πυκνώματα και
αραιώματα, ενώ στα εγκάρσια σχηματίζονται όρη και
κοιλάδες.
Τα διαμήκη έχουν μεγαλύτερη ταχύτητα από τα εγκάρσια
(στα στερεά).
Τα εγκάρσια κύματα «πολώνονται» ενώ τα διαμήκη δεν
μπορούν να πολωθούν.
15. Χαρακτηριστικά μεγέθη του κύματος
Περίοδος (T): ο χρόνος που χρειάζονται τα σωματίδια του
μέσου (μόρια) για να εκτελέσουν μία πλήρη ταλάντωση.
Μετριέται σε seconds (s).
Συχνότητα (f): ο αριθμός των ταλαντώσεων που εκτελούν τα
σωματίδια του μέσου, σε χρόνο 1 s. Μετριέται σε Hz.
Πλάτος (Α) : η μέγιστη απομάκρυνση των σωματιδίων του
μέσου καθώς αυτά ταλαντώνονται γύρω από τη θέση
ισορροπίας τους. Μετριέται σε m.
Ταχύτητα διάδοσης (υ): η ταχύτητα με την οποία ταξιδεύει το
κύμα στο μέσο διάδοσης. Μετριέται σε .
Μήκος κύματος (λ): η απόσταση την οποία διανύει το κύμα σε
χρόνο μιας περιόδου Τ. Μετριέται σε m.
m
s
18. Θεμελιώδης νόμος της κυματικής
Η σχέση:
ονομάζεται θεμελιώδης νόμος της κυματικής. Σύμφωνα
με το νόμο αυτό η ταχύτητα του κύματος σε ένα μέσο
ισούται με το γινόμενο της συχνότητάς του επί το μήκος
κύματος.
Η ταχύτητα διάδοσης ενός κύματος:
Δεν εξαρτάται από το πλάτος του κύματος.
Εξαρτάται μόνο από τις ιδιότητες του μέσου διάδοσης.
Στο ίδιο μέσο διάδοσης τα διαμήκη κύματα διαδίδονται
με μεγαλύτερη ταχύτητα απ’ ότι τα εγκάρσια.
f
19. Πως φθάνουμε στο θεμελιώδη νόμο της
κυματικής
Η ταχύτητα ενός σώματος, όπως μάθαμε στη δευτέρα
τάξη, ισούται με το πηλίκο της μετατόπισης του σώματος
προς τον αντίστοιχο χρόνο:
Η παραπάνω σχέση ισχύει (προφανώς) και για την
ταχύτητα διάδοσης ενός κύματος. Θυμηθείτε όμως ότι το
κύμα σε χρόνο (μιας περιόδου), διανύει απόσταση
ίση με λ, δηλαδή 1 μήκος κύματος. Έτσι λοιπόν έχουμε:
Όμως:
x
t
t T
T