Litt om Kapittel 5: Bølger, lyd , lys

1. Litt om Kapittel 5: Bølger, lyd , lys

2. 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

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

4. 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. • -

5. 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.

6. 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)

7. vekselstrøm – svingninger på 50Hz

8. 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.

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

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

11. 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

12. 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

13. Lyd: Dopplereffekten

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

15. Elektromagnetiske bølger

16. 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.

17. 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=mc2var likningen Einstein postulerte som ga sammenhengen mellom Energi og masse. Lyset går ca 7.5 ganger rundt jorda på ett sekund (7.5Hz)

18. 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.

19. 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.

20. 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

21. 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.

22. 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.

23. 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