Aallot. voima F on suoraan verrannollinen venymään x. k = jousivakio Jousivakion yksikkö [k] = 1 N/m = 1 kg/s 2

Transkriptio

1 Aallot Harmoie voima voima F o suoraa verraollie veymää x Hooke laki F = kx k = jousivakio Jousivakio yksikkö [k] = N/m = kg/s Jouse potetiaalieergia E p = kx syyttää harmoise värähtely yhtee värähdyksee kuluu aia sama aika (jaksoaika) T värähdykse amplitudi A o kokoaja sama T m k

2 Aaltoliikkee iterferessi Superpositioperiaate iterferessiaallo värähtelijä poikkeama o yksittäiste aaltoliikkeide aiheuttamie poikkeamie vektorisumma Huygesi periaate Jokaista aaltoritama pistettä voidaa pitää uude alkeisaallo (häiriö) sytymäkohtaa. Iterferoidessaa alkeisaallot muodostavat uude aaltoritama, joka o iide yhteie tagettipita. Aaltoliikkee perusyhtälö v =f

3 Seisova aaltoliike aaltoliike ei etee seisova aaltoliike ei kuljeta eergiaa tosi ympäröivä ilma voi alkaa värähdellä ja kuljettaa eergiaa sytyy ku heijastuvat aallot iterferoivat ja vahvistavat toisiaa Solmut ovat koko aja levossa. Kahde peräkkäise solmu väli o iterferoivie aaltoje aallopituude puolikas / Solmuje välikohtia imitetää kuvuiksi. Kuvu keskikohdassa iterferessiaallolla o suuri amplitudi Kuvu värähtelijät ovat keskeää samassa värähdysvaiheessa. Peräkkäiset kuvut ovat aia vastakkaisessa vaiheessa. Kiiteämpää aieesee rajoittuvat seisova aaltoliike päättyy solmuu, harvemma aiee rajakohtaa muodostuu kupu.

4 4-5 a) Jäitettyy kumiauhaa muodostuu seisova aaltoliike. Kahde vierekkäise solmu välimatka o 5 cm. Laske värähtely aallopituus. b) Putkessa oleva vede pitaa voidaa aletaa. Oppilastyössä ääigeeraattorilla tuotetaa 440 Hz taajuista äätä, joka johdetaa kaiuttime avulla putkee. Esimmäie ääe voimakkuude maksimi sytyy, ku vede pia ja putke suulla oleva kaiuttime välie etäisyys o 8 cm. Piirrä kuva putkee sytyvästä aaltoliikkeestä ja laske ääe opeus ilmassa. a) Seisova aallo kahde vierekkäise solmu välimatka o puolet aallopituudesta. Aallopituus o siis = 5 cm = 30 cm. b) Putkee sytyvässä seisovassa aallossa putke avoimessa päässä o kupu (paievaihteluje miimi) ja vede piassa solmu (paievaihteluje maksimi). Esimmäie ääe voimakkuude maksimi (eli perustaajuus) sytyy kuva tilateessa. Ilmapatsaa korkeus o h = /4, jote aallopituus o 4d 40,8m 0,7 m. Aaltoliikkee perusyhtälöstä ääe opeudeksi ilmassa saadaa v f 0,7 m440hz m 30 s.

5 Aaltoje heijastumislaki tulokulma = heijastuskulma Aaltoje taittumislaki (Säde kuvaa aaltoritama eteemissuutaa) Osa aalloista heijastuu si si v v aie : aaltoliikkee opeus v α Valo taittumislaki si si c c aie : aaltoliikkee opeus v α = taitesuhde Aalto-opillisesti tiheämpi Aaltoliikkee eteemissuuta käätyy pia ormaalii päi ( < ), jos aalto saapuu aaltoopillisesti harvemmasta aieesta aalto-opillisesti tiheämpää aieesee. Tällöi aaltoliikkee opeus pieeee ylitykse jälkee. Aallo eteemissuuta käätyy ormaalista poispäi päi ( > ), ku aalto saapuu aaltoopillisesti tiheämmästä aieesta aalto-opillisesti harvempaa aieesee. Tällöi aaltoliikkee opeus kasvaa pia ylitykse jälkee

6 Ääi Ilmassa eteevää pitkittäistä aaltoliikettä Ääi o sitä korkeampi, mitä suurempi o ääe taajuus Ultraääi, ifraääi Doppleri ilmiö havaittu ääe (aaltoliikkee) taajuus riippuu havaitsija, aaltolähtee ja aaltoliikkee opeudesta aaltoliikettä kuljettavaa väliaieesee ähde Ääe itesiteetti määritetää kute muissaki eergiamuodoissa Itesiteetti I = kohtisuoralle pialle tuleva ääiteho P määrä pita-alaa A kohti I = P, [I]= W/m A itesiteettitaso L = 0 lg I logaritmie I 0 (db) vastaa paremmi ihmise kuulohavaitoa ääe voimakkuudesta

7 Valo Sähkömageettista, poikittaista, aaltoliikettä ei tarvitse eteemiseesä väliaietta eteee tyhjiössä valoopeudella c, m/s Suhteellisuusteoria mukaisesti kaikkie opeuksie yläraja Näkyvä valo aallopituusalue m Valo opeus väliaieessa o tälle väliaieelle tyypillie vakio Aiee taitekerroi = c c, missä c o valo opeus aieessa Taitekerroi riippuu valo aallopituudesta Valkoise valo hajoamie väreiksi prismassa (dispersio) Kahdesta aieesta sitä, jolla o suurempi taitekerroi saotaa optisesti tiheämmäksi

8 Valo polarisaatio Poikittaiselle aaltoliikkeelle omiaie ilmiö Tavaomaise valolähtee lähettämässä valossa sähkö- ja mageettikettä värähtelevät satuaisesti kaikkii suutii Jos sähkökettä värähtelee vai yhtee suutaa, valo o täysi polarisoituutta Brewsteri laki Heijastuut valo o täydellisesti polarisoituut silloi, ku heijastuee ja taittuee sätee välie kulma o suora ta

9 Kokoaisheijastus voi tapahtua vai aalto-opillisesti tiheämmästä aieesta harvemma aiee rajapitaa tultaessa tapahtuu, ku tulokulma o rajakulmaa r suurempi sovelluksea esim. optiset kuidut Kokoaisheijastukse rajakulma (valolle) si r si r si 90 v v

10 Valo diffraktio (taipumie) voidaa selittää Huygesi periaattee avulla kaksoisrakokoe, hilat iterferessi diffraktio todiste valo aaltoluoteesta ehto valomaksimie syylle: d si k k = kertaluku d = rakoje välimatka tai hilavakio

11 K09/+ a) Valo spektri o valo itesiteetti taajuude tai aallopituude fuktioa b) Hehkulampu spektri o jatkuva sisältäe kaikki äkyvä valo aallopituudet. Kaasupurkausputke spektri o puolestaa viivaspektri, joka sisältää vai yksittäisiä erillisiä spektriviivoja. c) ) Hila perustuu valo diffraktioo eli estee aiheuttamaa valo taipumisee. Hila rakoje läpi kulkevat valoaallot iterferoivat keskeää. Varjostimella ähdää diffraktiokuvio, jossa valkoie valo hajoaa spektriksi. Puaie eli pitkäaaltoisi valo taipuu eite (hilayhtälö: dsi α = kλ). Diffraktiokuvio keskimmäie valomaksimi ähdää valkoisea. ) Prismassa valo taittuu, jos tulokulma o erisuuri kui 0. Prismassa taitekerroi o eri aallopituuksille eli erivärisille valoille hiema erilaie. Ilmiötä kutsutaa dispersioksi. Puaie valo taittuu vähite. Jotta valo voisi poistua prismasta tulokulma tulee olla pieempi kui kokoaisheijastukse rajakulma.

12 d) Valo tullessa kohtisuorasti prismaa valo kulkusuuta ei muutu. Toisee rajapitaa tultaessa valo taittuu ormaalista poispäi. =? Suorakulmaisista kolmioista seuraa, että = = 3 ja = + = + 3 Valo taittumislaki: si si Taitekertoimet taulukoitua: si si si si si( 3) si 3 Aallopituus (m) taitekerroi si(30,5 3) si 3 388,7,67 447,,65 je. 50,6,64 587,6,6 796,5,6

13 Lasilaadu dispersiokäyrä eli taitekerroi aallopituude fuktioa: