ΦΥΣ Διαλ.33 1 KYMATA

Σχετικά έγγραφα
KYMATA Ανάκλαση - Μετάδοση

Είδη κυµάτων. Ηλεκτροµαγνητικά κύµατα. Σε κάποιο φυσικό µέσο προκαλείται µια διαταραχή. Το κύµα είναι η διάδοση της διαταραχής µέσα στο µέσο.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 «Κυμάνσεις» Μαρία Κατσικίνη users.auth.gr/~katsiki

Κεφάλαιο 2 ο Ενότητα 1 η : Μηχανικά Κύματα Θεωρία Γ Λυκείου

Κεφάλαιο 15 Κίνηση Κυµάτων. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Φυσική για Μηχανικούς

4. Εισαγωγή στην Κυματική

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Αρµονικοί ταλαντωτές

( )! cos (" t + # ) Στάσιμα κύματα. y(x,t) = A[ cos( kx!" t)! cos( kx + " t) [ ( ) + cos (" t + # + $ )] = 0. y(0,t) = A cos!

Κεφάλαιο 15 ΚίνησηΚυµάτων. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

NTÙÍÉÏÓ ÃÊÏÕÔÓÉÁÓ - ÖÕÓÉÊÏÓ

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα. ΔΙΑΛΕΞΗ 21 Κυματική ΦΥΣ102 1

Τρέχοντα κύματα. Ερωτήσεις με δικαιολόγηση.

Φυσική για Μηχανικούς

1. Η συχνότητα αρμονικού κύματος είναι f = 0,5 Hz ενώ η ταχύτητα διάδοσης του υ = 2 m / s.

Φυσική για Μηχανικούς

ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑ ΘΕΩΡΙΑΣ

Φυσική για Μηχανικούς

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΤΑ ΚΥΜΑΤΑ(μέχρι ΗΜ) Διάρκεια 90 min

max 0 Eκφράστε την διαφορά των δύο θετικών λύσεων ώς πολλαπλάσιο του ω 0, B . Αναλύοντας το Β σε σειρά άπειρων όρων ώς προς γ/ω 0 ( σειρά

ΣΕΜΦΕ ΕΜΠ Φυσική ΙΙΙ (Κυματική) Διαγώνισμα επί πτυχίω εξέτασης 02/06/2017 1

2-1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2-2 ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

d = 5 λ / 4 λ = 4 d / 5 λ = 4 0,5 / 5 λ = 0,4 m. H βασική κυματική εξίσωση : υ = λ f υ = 0,4 850 υ = 340 m / s.

Σχολή E.Μ.Φ.Ε ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ (ΚΥΜΑΤΙΚΗ) Κανονικές Εξετάσεις Χειµερινού εξαµήνου t (α) Αν το παραπάνω σύστηµα, ( m, s,

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΥΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. Επιμέλεια: ΑΓΚΑΝΑΚΗΣ A.ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Φυσικός.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΚΥΜΑΤΑ ΕΝΟΤΗΤΑ 2: ΕΠΑΛΛΗΛΙΑ ΚΥΜΑΤΩΝ ΣΥΜΒΟΛΗ ΚΥΜΑΤΩΝ ΣΤΑΣΙΜΑ ΚΥΜΑΤΑ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ

ΟΡΟΣΗΜΟ ΓΛΥΦΑΔΑΣ. 5.4 Η ταχύτητα υ διάδοσης του κύματος, η περίοδός του Τ και το μήκος κύματος λ, συνδέονται με τη σχέση:

Ηλεκτρομαγνητικά Διαδίδονται στο κενό

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΘΕΜΑ 1 Ο

Εξίσωση γραμμικού αρμονικού κύματος

ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ. 1 ο ΘΕΜΑ. Α. Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο T4. Υπέρθεση και στάσιµα κύµατα

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ η ΕΡΓΑΣΙΑ. Προθεσµία παράδοσης 11/11/08

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

8. Κύµατα. Εγκάρσια κυµατική κίνηση

Ασκήσεις σε στάσιµα κύµατα

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΑΝΩ ΣΤΑ ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΚΥΜΑΤΑ

ΘΕΜΑ Α ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α

Λαμβάνοντας επιπλέον και την βαρύτητα, η επιτάχυνση του σώματος έχει συνιστώσες

Κύματα Εξισώσεις Μεθοδολογία

Φυσική Γ Θετ. και Τεχν/κης Κατ/σης ΚΥΜΑΤΑ ( )

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ ΙΙ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 03 ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Διάρκεια: 3ώρες ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5)

Συµβολή - Στάσιµα κύµατα.

Θέµατα Πανελληνίων Φυσικής Κατ ο Κεφάλαιο (µέχρι και Στάσιµα)

Φυσική για Μηχανικούς

2.1 Τρέχοντα Κύµατα. Οµάδα.

ΣΕΙΡΑ: 3 Κύματα: αρμονικό έως στάσιμο, Στερεό: κινηματική έως διατήρηση στροφορμής

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: ΜΗΧΑΝΙΚΑ- ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ.

ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ. ψ =0,5 ημ 2π 8t 10 x, u=8 πσυν 2π 8t 5

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2019 A ΦΑΣΗ

Physics by Chris Simopoulos

ιαγώνισμα στη Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Επαναληπτικό Ι

1) Κατά μήκος ενός γραμμικού μέσου διαδίδεται ένα αρμονικό κύμα της.δυο σημεία Κ και Λ του ελαστικού μέσου

Φυσική Γ Θετ. και Τεχν/κης Κατ/σης ΣΤΑΣΙΜΑ ΚΥΜΑΤΑ

Αρµονικοί ταλαντωτές

φ(rad) t (s) α. 4 m β. 5 m α. 2 m β. 1 m

Αρµονικοί ταλαντωτές

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: ΚΥΜΑΤΑ

EΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Έργο Ενέργεια Παραδείγµατα

Γενικές εξετάσεις Φυσική Γ λυκείου θετικής και τεχνολογικής κατεύθυνσης

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κύµατα - Φαινόµενο Doppler Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ : ΚΥΜΑΤΑ (ΤΡΕΧΟΝΤΑ) ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:.

Φυσική για Μηχανικούς

α. φ Α < φ Β, u A < 0 και u Β < 0. β. φ Α > φ Β, u A > 0 και u Β > 0. γ. φ Α < φ Β, u A > 0 και u Β < 0. δ. φ Α > φ Β, u A < 0 και u Β > 0.

ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ο.Ε.Φ.Ε ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Μια χορδή βιολιού µε τα δύο άκρα της στερεωµένα, ταλαντώνεται µε συχνότητα 12 Ηz. Στο παρακάτω σχήµα φαίνονται δύο στιγµιότυπα του στάσιµου κύµατος.

t T Η απόσταση των δύο σπειρών τη χρονική στιγμή t είναι ίση με:

1 ο ΤΕΣΤ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

2.1. Τρέχοντα Κύματα. Ομάδα Γ.

5. Κυματικά φαινόμενα

γ) Να σχεδιάσετε τις γραφικές παραστάσεις απομάκρυνσης - χρόνου, για τα σημεία Α, Β και Γ, τα οποία απέχουν από το ελεύθερο άκρο αντίστοιχα,,

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ. Θέμα 1 ο : 1. Η εξίσωση ενός γραμμικού αρμονικού κύματος είναι : y 0,2 (10 t 0,2 x) S.I, άρα :

Παρατηρήσεις στη δηµιουργία του στάσιµου*

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2016 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 8

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ η ΕΡΓΑΣΙΑ. Προθεσµία παράδοσης 16/11/10

ÊÏÑÕÖÇ ÊÁÂÁËÁ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΚΥΜΑΤΑ ΕΝΟΤΗΤΑ 2: ΕΠΑΛΛΗΛΙΑ ΚΥΜΑΤΩΝ ΣΥΜΒΟΛΗ ΚΥΜΑΤΩΝ ΣΤΑΣΙΜΑ ΚΥΜΑΤΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β

2.2. Συµβολή και στάσιµα κύµατα. Οµάδα Γ.

ΞΗΡΟΔΗΜΑΣ ΠΕΤΡΟΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΥΜΑΤΩΝ

ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

Physics by Chris Simopoulos

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ. Ονοματεπώνυμο: Τμήμα: Γ ΘΕΜΑΤΑ:

Επαναληπτικό διαγώνισµα στα Κύµατα

ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ. 1 ο ΘΕΜΑ. Φυσική Γ' Θετικής και Τεχνολογικής Κατ/σης. Θέματα Εξετάσεων. Α. Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

Ηχητικά κύματα Διαμήκη κύματα

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (13)

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

2.2. Συμβολή και στάσιμα κύματα. Ομάδα Δ.

Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης. Προτεινόμενα Θέματα

ΟΡΟΣΗΜΟ Σε δύο σημεία Π Σε δύο σημεία Π Δύο πηγές Π 1

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

i) Nα δείξετε ότι η κυµατοσυνάρτηση που περιγράφει το κύµα έχει την µορφή: ) µε t! t + T x - x0 ( )

1. Πηγή αρμονικών κυμάτων βρίσκεται στο αριστερό άκρο Ο γραμμικού ελαστικού μέσου που ταυτίζεται

Επειδή η χορδή ταλαντώνεται µε την θεµελιώδη συχνότητα θα ισχύει. Όπου L είναι το µήκος της χορδής. Εποµένως, =2 0,635 m 245 Hz =311 m/s

Transcript:

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 1 KYMATA q Κύµατα εµφανίζονται σε συστήµατα µε καταστάσεις ισορροπίας. Τα κύµατα είναι διαταραχές από τη θέση ισορροπίας. q Τα κύµατα προκαλούν κίνηση σε πολλά διαφορετικά σηµεία σε ένα διαταραγµένο σύστηµα Ø Η κίνηση είναι συζευγµένη και η έτσι µπορεί να διαδοθεί ενέργεια σε µια απόσταση αλλά όχι ύλη. q Απορροφώντας και ανακλώντας κύµατα τα όρια του συστήµατος έχουν µια πολύ σηµαντική επιρροή στην συµπεριφορά του συστήµατος q Ένα σύστηµα µπορεί να υποστηρίξει περισσότερες από µία διαταραχές την ίδια χρονική στιγµή. Αυτές µπορούν να περάσουν ενδιαµέσου των υπόλοιπων άλλων διαταραχών διατηρώντας την ταυτότητά τους

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 2 Κύµατα Ένας κυµατικός παλµός είναι µια διαταραχή πεπερασµένου µεγέθους χωρικά (αρχίζει σε ένα σηµείο x 1 και τελειώνει σε ένα σηµείο x 2 ενώ είναι µηδέν έξω απ αυτό) και ο οποίος οδεύει µέσω ενός συστήµατος χρόνος Ø Πηγή του κυµατικού αυτού παλµού είναι η κίνηση του χεριού. Ø Το σχοινί είναι το µέσο µέσω του οποίου διαδίδεται ο παλµός. Ø Ο παλµός έχει συγκεκριµένο ύψος και συγκεκριµένη ταχύτητα διάδοσης στο µέσο. Ø Συνεχή διέγερση του σχοινιού θα δηµιουργήσει µια περιοδική διαταραχή που θα δηµιουργήσει ένα κύµα

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 3 Είδη κυµάτων q Μηχανικά κύµατα Διαδίδονται σε κάποιο µέσο Ø εν αντιθέσει των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων τα οποία δεν χρειάζονται κάποιο µέσο (π.χ. φως, ραδιοφωνικά κύµατα, ακτίνες-x) q Ανάλογα µε τον τρόπο διάδοσης τα χαρακτηρίζουµε εγκάρσια (µέσο κινείται κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης) ταλάντωση διεύθυνση διάδοσης διαµήκη Μέσο κινείται παρ/λα της διάδοσης Ένας ακόµα διαχωρισµός: Οδεύοντα Στάσιµα

Κύµατα ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 4 Έστω ένα σχοινί και ένας παλµός να διαδίδεται διαµέσου του σχοινιού µε ταχύτητα v Μετά από χρόνο t o παλµός έχει κινηθεί κατά µια απόσταση vt Το σχήµα του παλµού δεν αλλάζει Η θέση του είναι y=f(x-vt) y(t)=f(x-vt) y(x,0)=f(x) Μορφή παλµού τη στιγµή t = 0 Μορφή παλµού τη στιγµή t Η συνάρτηση y(x) περιγράφει τη κατακόρυφη θέση ενός σηµείου του σχοινιού σε κάθε x τη στιγµή t=0

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 5 Συναρτησιακή µορφή κύµατος Ποια είναι η συναρτησιακή µορφή ενός «γενικού» κύµατος? y A x 0 v t=0 x Την χρονική στιγµή t=0 y(x 0 ) = A = f (x 0 ) y Αργότερα, τη χρονική στιγµή t=t 1, A x 1 t=t 1 y(x 1,t 1 ) = f (x 1 + vt 1 ) Κύµα που οδεύει αριστερά v x x 1 = x 0 + vt 1! y(x 1 ) = A Στην θέση x=x 1 και χρονική στιγµή t=t 1 η αποµάκρυνση είναι y(x 1 ) = A y(x 1,t 1 ) = A = y(x 0, t 0 ) = f (x 0 ) x 0 = x 1! vt 1! y(x 1,t 1 ) = f (x 1 " vt 1 ) y(x,t): ονοµάζεται κυµατοσυνάρτηση Κύµα που οδεύει δεξιά Η µορφή του κύµατος σε µια ορισµένη χρονική στιγµή

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 6 Κύµατα και απλός αρµονικός ταλαντωτής Από τον απλό αρµονικό ταλαντωτή t Σ αυτή την περίπτωση θέλουµε y(t) και y(x) y λ x σε χρόνο t λ-µήκος κύµατος: η απόσταση µεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών y Τ t σε θέση x Τ-περίοδος: το χρονικό διάστηµα µεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 7 Μορφή κυµάτων Εν γένει τα κύµατα δεν είναι ηµιτονοειδούς µορφής y λ Συχνότητα κύµατος: Τ x αριθµός των παλµών που περνούν από ένα ορισµένο σηµείο σε 1 sec: f=1/t t Οποιαδήποτε µορφή µπορεί να αναλυθεί σε επιµέρους ηµιτονοειδείς ή συνηµιτονοειδείς συνιστώσες

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 8 Ταχύτητα κύµατος Ένα κύµα διανύει απόσταση λ µε ταχύτητα v σε χρόνο t=λ/v Εποµένως: λ T =! v = 1 f " v =! f Για παράδειγµα: µια χορδή κιθάρας λ/2 f=440hz, λ=1.2m. H ταχύτητα του κύµατος είναι v=λf=530m/s! H ταχύτητα ενός εγκάρσιου κύµατος σε χορδή εξαρτάται από την τάση και την πυκνότητα µάζας της χορδής v = T µ Εξάρτηση από πυκνότητα κατανοητή αδρανειακή µάζα Η ταχύτητα αυξάνει για ίδια λ, f αυξάνοντας την τάση

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 9 Αρµονικά κύµατα Θεωρούµε την ιδιαίτερη περίπτωση που τα κύµατα είναι αρµονικά: y λ Προσθέτουµε τώρα χρονική εξάρτηση: $ y(x,t) = Asin 2! % & " x v=λ/τ )# 2! &, y(x) = Asin + $ % " ' ( x. * - Η εξίσωση είναι περιοδική σε x n=2 sin2πn = 0 Όταν x x+λ, t t + T επαναλαμβάνετε Όταν x=nλ τότε sin[(2π/λ)nλ]=sin2πn n=0 sin2πn = 0 n=1 sin2πn = 0 x # vt ' * $ y(x,t) = Asin, 2! x " # t % & ( ) * + T ( ) Ακριβής έκφραση της περιοδικότητας και σε x και σε t. ' ( ) - /.

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 10 Αρμονικά κύματα Ορίζουµε ως κυµατικό αριθµό: k = 2! " Ορίζουµε ως κυµατική συχνότητα:! = 2" f και ταχύτητα κύµατος: v =! k v =! f = 2" k # 2" = # k Εποµένως η κυµατοσυνάρτηση: y(x,t) = Asin( kx! "t) Όλα τα παραπάνω αντιστοιχούν σε αρµονικό κύµα διαδιδόµενο στα δεξιά Οι περισσότερες γενικές περιγραφές ενός κύµατος θα περιέχουν και φάση που προκύπτει γιατί για t=0, x 0 Γενική εξίσωση κυµατοσυνάρτησης y(x,t) = Asin( kx! "t + # 0 )

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 11 Ταχύτητα και επιτάχυνση Ποια είναι η ταχύτητα και επιτάχυνση κάθε σηµείου της χορδής? v y = dy dt!"#$µ%&! x = 'y ( x,t ) 't = ()*cos( kx ( )t) v y έχει διαφορετική φάση από το y a y =!v y!t ( x,t) = "# 2 $sin( kx " #t) = "# 2 y v y max =!" #$%& y = 0 a y max =! 2 " #$%& y = 'A

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 12 Γραµµική Κυµατική Εξίσωση q Όλα τα µονοδιάστατα κλασσικά κύµατα που διαδίδονται µε σταθερή ταχύτητα ικανοποιούν µια και µόνο εξίσωση που ονοµάζεται κλασσική κυµατική εξίσωση q Είδαµε ότι 1-D κύµατα που διαδίδονται µε σταθερή ταχύτητα προς τα δεξιά (αυξανόµενο x) περιγράφονται από την κυµατοσυνάρτηση Ψ(x-vt) (συνάρτηση 2 µεταβλητών: x και t) q Στην περίπτωση αυτή µπορούµε να πάρουµε τις παραγώγους της Ψ και ως προς τις δύο µεταβλητές. Aλλά όταν παίρνουµε τη παράγωγο ως προς τη µια µεταβλητή, η άλλη κρατείται σταθερή Αυτές οι παράγωγοι καλούνται µερικές παράγωγοι d Γράφουµε τη µερική παράγωγο ως: dx! " "x Έτσι για τη µερική παράγωγο της Ψ ως προς x γράφουµε!"!x όπου χρησιµοποιούµε το t σα σταθερό. Ανάλογα έχουµε τη µερική παράγωγο του Ψ ως προς t, θεωρώντας το t σταθερό

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 13 Γραµµική Κυµατική Εξίσωση Για κύµα που κινείται δεξιά, έχουµε Ορίζουµε µια νέα µεταβλητή!(x " vt) u = x! vt H µερική παράγωγος της Ψ ως προς x γράφεται: H δεύτερη µερική παράγωγος της Ψ ως προς x γράφεται: 1! 2 "!x = )! 2 + *!u # $ %!"!x & ' (,.!u -!x =!2 "!u 2 (β) Εφαρµόζοντας τα παραπάνω ως προς t έχουµε:!"!x =!"!u!"!t =!"!u!u!x!u!t 1 -v (α) (γ) Από (α) και (γ) θα µπορούσαµε να πούµε ότι!"!t = #v!"!x Αυτό θα ήταν αρκετό αλλά δυστυχώς έχουµε διαφορετική εξίσωση αν πάρουµε κύµατα που κινούνται αριστερά : Ψ(x+vt) Εποµένως συνεχίζουµε µε την δεύτερη µερική παράγωγο:

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 14 Γραμμική Κυματική Εξίσωση Παίρνοντας τη δεύτερη µερική παράγωγο της Ψ ως προς t έχουµε:! 2 " ) =!!t 2 + *!u # $ %!"!t & ' (,.!u -!t = ) +! *!u Χρησιµοποιώντας την (β) έχουµε: # $ % /v!"!u! 2 "!t 2 = v 2! 2 "!x 2 #!2 "!x 2 $ 1 v 2! 2 "!t 2 = 0 & ' (,. - /v ( ) = v2! 2 "!u 2 Κλασσική κυµατική εξίσωση για 1-D κύµατα Κύµατα στην κβαντοµηχανική δεν ικανοποιούν την εξίσωση αυτή αλλά µια άλλη κυµατική εξίσωση που ονοµάζεται εξίσωση Schrödinger

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 15 KYMATA Ανάκλαση - Μετάδοση q Παλµός πάνω σε χορδή: Ένα άκρο της σταθερό (δεµένο) Προσπίπτων Ο παλµός ασκεί µια δύναµη προς τα πάνω στον τοίχο ο οποίος ασκεί µια δύναµη προς τα κάτω στην χορδή Αποτέλεσµα: O παλµός αναστρέφεται Ανακλώμενος q Παλµός πάνω σε χορδή: Το άκρο της δεν είναι σταθερό (π.χ. αβαρής θηλιά) Προσπίπτων Φανταστείτε µια θηλιά σε ένα στύλο να µπορεί να ανεβοκατεβαίνει ελεύθερα. Ανακλώμενος Αποτέλεσµα: O παλµός δεν αναστρέφεται

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 16 Κύµατα - Υπέρθεση σταθερό άκρο ελεύθερο άκρο Για να καταλάβουµε την ανάκλαση και µετάδοση, εισάγουµε την έννοια της υπέρθεσης των κυµάτων Παράδειγµα: Δύο ηµιτονοειδή κύµατα οδεύουν κατά την ίδια διεύθυνση αλλά µε διαφορετική φάση y 1 (x,t) = Asin kx! "t ( ) ( ) y 2 (x,t) = Asin kx! "t! # Ποια είναι η υπέρθεση των κυµάτων: y = y 1 + y 2 ( ) + sin( kx! " t! #) y(x,t) = A $% sin kx! " t &' / ) sin( + sinb = 2 cos a! b, ) * + 2 -. sin a + b 1, 0 * + 2 -. 1 2 Υπέρθεση: y(x,t) = 2Acos! 2 sin $ kx " #t "! ' % & 2 ( ) a = kx! "t, b = kx! "t! # a + b = 2(kx! "t)! # a! b = " Αρµονικό πλάτος " 2Acos! % # $ 2 & '

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 17 Υπέρθεση Συµβολή Συµβολή: y(x,t) = 2Acos! 2 sin $ kx " #t "! ' % & 2 ( ) q Ανάλογα µε τη τιµή της διαφοράς φάσης, φ, µπορούµε να έχουµε ενισχυτική ή καταστροφική συµβολή q Αν! = ", 3",!,( 2n + 1)" # 2Acos! 2 = 0 καταστροφική! = 0, 2",!,2n" # 2Acos! 2 = ±2A ενισχυτική! = 0, 2",!,2n" # 2Acos! 2 = ±2A! = ", 3",!,( 2n + 1)" # 2Acos! 2 = 0

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 18 Υπέρθεση κυµάτων Ø To Τρικ της φυσικής: Όλες οι λύσεις σ αυτά τα προβλήµατα είναι υπερθέσεις των λύσεων (αρχή υπέρθεσης) Θεωρήστε µια λύση στο ακόλουθο πρόβληµα είναι η: σταθερό άκρο y y(x,t) = f (x + vt) + g(x! vt) x = 0 x Όλοι ξέρουµε ότι στη θέση x=0, y(0,t) = 0 Άρα y(0,t) = 0 Συνοριακές συνθήκες y(0,t) = f (vt) + g(!vt) = 0 " f είναι το ανάστροφο της g πραγµατικός κόσµος σταθερό άκρο x φανταστικός κόσµος διαδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις και ανάστροφα To τρικ είναι να χρησιµοποιηθούν δύο παλµοί, ένας πραγµατικός και ένας φανταστικός που να ικανοποιούν τις συνοριακές συνθήκες

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 19 Ανάκλαση σε ελεύθερο άκρο Η συνοριακή συνθήκη στην περίπτωση αυτή είναι: F y = 0!"# x = 0 Από τη στιγµή που τη θηλιά έχει θεωρηθεί αµελητέας µάζας, m=0 F y =!F sin" # F tan" =!$ %y %x θ Εποµένως:!" #y #x x=0 = 0 Για ελεύθερο άκρο Aν η λύση είναι της µορφής: y(x,t) = f (x + vt) + g(x! vt) Τ F F y x = 0 τότε οι κλίσεις είναι ίσες και αντίθετες στο x=0!f (x + vt)!x x=0 +!g(x " vt)!x x=0 = 0

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 20 Μερική µετάδοση Όταν το όριο είναι ενδιάµεσο των δύο προηγούµενων καταστάσεων τότε ένα µέρος του παλµού µεταδίδεται στο επόµενο µέσο ενώ ένα τµήµα του παλµού ανακλάται Στην περίπτωση αυτή ένα µέρος της ενέργειας περνά το όριο. Ανακλώμενος Προσπίπτων Μεταδιδόμενος Αν υποθέσουµε ότι έχουµε ένα βαρύτερο σχοινί είναι συνδεδεµένο σε ελαφρύτερο τότε το ανακλώµενο τµήµα δεν αναστρέφεται Ανακλώμενος Προσπίπτων Μεταδιδόμενος

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 21 Μερική µετάδοση Προσπίπτων Μεταδιδόμενος y i = A i cos( k i x! " i t) y r = A r cos( k r x +! r t) y T = A T cos( k T x! " T t) Ανακλώμενος Προσπίπτον κύµα κινείται δεξιά Ανακλώµενο κύµα κινείται αριστερά Διαδιδόµενο κύµα κινείται δεξιά Δεξί τέλος αριστερού σχοινιού y j = y i 0,t Αριστερό τέλος δεξιού σχοινιού y j = y T 0,t A i cos (!" i t) + A r cos (" r t) = A T cos (!" T t) ( ) + y r ( 0,t) ( )! i =! r =! T =! A i! A r = A T

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 22 Μερική µετάδοση Προσπίπτων Ανακλώμενος Μεταδιδόμενος Δεξί τέλος αριστερού σχοινιού!y j!x =!y i!x +!y r!x Αριστερό τέλος δεξιού σχοινιού!y j!x =!y T!x!k i A i sin (!"t )! k i A r sin ("t) =!k T A T sin (!"t )!k i A i! k i A r =!k T A T A i! A r = A T A T = 2k i k i + k T A i A r = k i! k T k i + k T A i

ΦΥΣ 131 - Διαλ.33 23 18 o Mini Exam Έτοιμοι?