Utan vågor skulle det inte finnas någonting. Ingen värme, inget ljus, inget ljud. Inte ens någon rörelse.
För vågor är inte bara något abstrakt vetenskapligt begrepp eller något som man enbart ser på havsytan. De finns bokstavligen överallt och rör sig runt omkring oss hela tiden.
Vågor kan beskrivas som störningar eller variationer i ett medium som möjliggör överföringen av energi. Utan vågor kan energi inte färdas och utan energi kan vågor inte skapa någon störning eller förskjutning. Man kan helt enkelt säga att de båda är beroende av varandra.
Det som vi kallar vågor är ett utmärkande fenomen i vårt universum. Faktum är att de bidrar till att förklara många av fysikens olika fenomen - allt från ljus (som är en typ av elektromagnetiska vågor) till ljud, (som är mekaniska vågor).
Radiovågor, röntgenstrålar, värme och havsvågor (för att inte tala om rörelsen i ett rep och vibrationen i en gitarrsträng) har alla en hel del gemensamt. Om du tänker att vågor inte är särskilt relevanta i ditt liv eller att vetenskap är tråkigt så är det alltså dags att tänka om, för utan dem skulle vi inte vara någonting.
I den här artikeln hittar du en guide till de viktigaste aspekterna vad gäller olika vågor och deras beteende. Vi berättar allt du behöver veta - från vågornas fysiska egenskaper till några av de moderna tekniker de möjliggör.
Vilka egenskaper har vågor?
Vågor kan som sagt beskrivas som störningar i ett medium och som energiöverförande. Detta är en viktig punkt att komma ihåg: vågor överför energi, men inte massa.
Tänk dig ett tågspår. Om du skulle lägga örat mot ett tågspår skulle du kunna höra någon knacka på tågrälsen även från ett långt avstånd. I det här fallet är det dock bara ljudenergin som överförs. Varje gång den andra personen knackar på rälsen så träffas du av ljudenergin, inte av spårets massa.
-
Vad är en våg? Foto: Rostyslav Savchyn. Unsplash.
Samma sak händer genom alla olika typer av vågor: det är inte massan som överförs, utan energin. Vågor kan dock förskjuta olika typer av massor när de sprider sig. Det är deras sätt att förskjuta massa på som avgör om vi kategoriserar vågorna ifråga som transversella eller longitudinella.
I transversella vågor förflyttas massan i en vinkelrätt riktning i förhållande till energins rörelseriktning. I longitudinella vågor förflyttas de snarare i parallellt i förhållande till energin.
Amplitud och våglängd
Oberoende av rörelsen så har de olika typerna av vågor olika amplitud och våglängd. Det är genom att titta på dessa två begrepp som vi mäter vågor, rent allmänt.
Amplitud mäter storleken på förskjutningen. Detta kan antingen demonstreras genom polarisationen eller genom avståndet mellan vågens topp eller dal och viloläget, åtminstone vad gäller diagram över transversella vågor. Vågens amplitud avgör exempelvis hur hög ljudnivå en ljudvåg har eller hur stark en seismisk våg är.
Du känner säkert redan till begreppet frekvens, men frekvensen är ett mått på vågens hastighet. Den mäts med hjälp av antalet svängningar (det vill säga, upprepningen av en våg) per sekund och mäts i hertz. En ljudvåg med en högre frekvens har exempelvis en högre tonhöjd.
Elektromagnetiska vågor
Även om man brukar säga att vågor behöver ett materiellt medium för att kunna färdas så är det inte helt sant... Endast mekaniska vågor behöver ett medium bestående av molekyler och atomer och klarar inte av att färdas i vakuum.
Elektromagnetiska vågor är självgående. De kan färdas genom vakuum eftersom det medium som de stör eller förskjuter inte är strikt materia. Faktum är att deras störningar främst berör det elektromagnetiska fält som de själva skapar.
Transversella vågor och longitudinella vågor
Vi har redan nämnt en av de största skillnaderna mellan transversella vågor och longitudinella vågor. Den senare förskjuter sitt medium parallellt i förhållande till energins rörelseriktning, medan förskjutningen snarare sker i en vinkelrät riktning genom den första.
Detta innebär dock att även vågornas egenskaper skiljer sig åt en aning, vilket även påverkar den terminologi man använder för att tala och forska om dem.
-
Det finns många olika typer av vågor. Foto: Jeremy Bishop. Unsplash.
I transversella vågor talar vi om toppar och dalar på ett vågdiagram - ögonblicken för de största och minsta förskjutningarna i vågen. Det vill säga, de mest avlägsna delarna av vågen när man utgår från dess viloläge.
Vågorna rör sig utåt från viloläget och sedan inåt igen genom variationer som finns i trycket mellan partiklarna och energin. I longitudinella vågor är all rörelse parallell och tryckvariationerna sker i energins färdriktning.
I stället för toppar och dalar talar man istället om kompressioner (områden med högt tryck) och sällsyntheter (områden med lågt tryck).
Exempel på transversella och longitudinella vågor
Det är värt att komma ihåg några av de mer "kända" exemplen på transversella och longitudinella vågor. Med hjälp av dessa exempel blir det enklare för dig att komma ihåg skillnaderna mellan dem.
Transversella
Vad finns det för exempel på transversella vågor?
Jo, vibrationerna på en gitarrsträng är transversella vågor, liksom de vibrationer som man skapar när man lyfter och sänker ena änden av ett hopprep. Ljusvågor hör också till denna kategori, tillsammans med radiovågor och alla elektromagnetiska vågor.
Longitudinella
Longitudinella vågor är de vågor som man kan se om man spänner en trappfjäder (även kallad en 'slinky') över ett bord. Det går att se både hur kompressionerna och sällsyntheterna formas med hjälp av trappfjäderns spolar.
Ljudvågor är förresten också longitudinella och kan färdas genom allt ifrån vätskor, gaser och fasta ämnen. Du kan läsa mer om olika typer av vågor i vår andra artikel.
Ta hjälp av en fysiklärare för att bättre förstå skillnaden mellan transversella och longitudinella vågor.
Vetenskapen om reflektion och refraktion
Vi har redan diskuterat vågornas egenskaper och de olika typerna, men låt oss ta en något närmare titt på deras beteende. En av de mest intressanta aspekterna av vågor är just vad som händer när de möter olika medier.
Det vill säga, när de "träffar" någonting. Vad händer med en luftburen våg när den träffar en vätska? Och vad händer när den träffar ett fast material?
Det finns faktiskt en hel del som kan hända med vågorna i sådana situationer. Det finns nämligen ett flertal olika variabler som avgör svaret. Det kan handla om allt från vågens våglängd och amplitud, hur gränssnittet ser ut, eller vad vågens infallsvinkel är.
-
Lär dig mer om fysik genom att gå en fysikkurs. Foto: Thought Catalog. Unsplash.
Vad händer när en våg möter ett gränssnitt?
Ett gränssnitt är en av de viktigaste aspekterna i en vågs hektiska lilla liv. Det finns flera olika möjligheter, men här kommer vi bara att diskutera ett av vågens alternativ.
Den kan exempelvis reflekteras. Vid reflektion studsar vågen mot gränssnittet och återvänder till det medium som den kom ifrån. Detta beror på att vågen har en annan frekvens än vibrationerna hos elektronerna på ytan av det nya mediet.
Detta fenomen kan antingen resultera i spekulär reflektion eller diffus reflektion. I det förstnämnda fallet får man en spegelliknande effekt, eftersom alla vågor reflekteras i samma riktning.
Om reflektionen snarare är diffus så får man istället en effekt som om man tittade på en vägg. Du ser inte en konventionell reflektion av en bild, men ljuset har ändå studsat mot den.
Vad är ljud och ultraljud?
Vi hör olika ljud runt omkring oss hela tiden. Häll upp ett glas vatten och det finns ett ljud. Ta ett steg och det finns ljud igen. Ljud är också något som produceras av vågor.
Det vi kallar ljud är en hel serie av vibrationer, det vill säga, resultatet av energi som sprids genom material. Ljudvågor är longitudinella vågor som sprider sig från en specifik störning: en ljudkälla. De finns i alla olika frekvenser, våglängder och amplituder och det är dessa olika aspekter som avgör deras tonhöjd, volym och klang.
Ju större amplitud en ljudvåg har, desto starkare blir ljudet. Ju högre frekvens en ljudvåg har, desto högre blir tonhöjden. Intressant, eller hur?
Vad är skillnaden mellan ljudvågor och ultraljud?
Det finns ljudfrekvenser som vi inte kan höra. Dessa typer av vågor kallar vi för ultraljud och faktum är att majoriteten av alla ljudvågor hör till denna kategori. Det finns alltså en hel del vi människor inte kan uppfatta med vår hörsel.
Hundar kan höra en del av de frekvenser som vi kallar ultraljud, vilket visar att ultraljud och ljudvågor egentligen är samma sak. Det finns dock flera fantastiska användningsområden för ultraljud, vilket du kan passa på att läsa mer om i vår artikel om ljud och ultraljud.
Tycker du om artikeln? Visa det gärna!
Loading...
