...
Kurser Alla kurser Min sida Min sida Provbank Mina prov Min skola Läromedel Blogg Guider Om oss Kontakt Nationella prov Gamla högskoleprov Läxhjälp matematik Priser
Sök Mitt konto Logga ut Elev/lärare
-registrering
Logga in Köp Premium Köp Premium Prova gratis
Genom att använda den här sidan godkänner du våra användarvillkor, vår integritetspolicy och att vi använder cookies.
EXEMPEL I VIDEON
Lägg till som läxa
Lägg till som stjärnmärkt
  Lektionsrapport   Hjälp

Frågor hjälpmarkerade!

Alla markeringar försvinner.

Ta bort markeringar Avbryt
Kopiera länk Facebook Twitter Repetera Rapportera Ändra status
KURSER  / 
Fysik 2
 /   Mekanisk vågrörelse

Pulser och vågrörelser

Endast Premium- användare kan rösta.
Författare:Fredrik Vislander
Rapportera fel Redigera lektion Redigera text Redigera övning Redigera video

I det här kapitlet ska vi arbeta med det som kallas vågrörelse och i den här lektionen ska vi börja med att introducera begreppen vågrörelse samt ett närbesläktat begrepp som kallas pulser.  Vågrörelselära är mycket viktigt inom fysiken och det finns otaliga fysikaliska fenomen som uppvisar vågegenskaper. Några exempel på vågor är vattenvågor, ljudvågor, seismiska vågor, dvs. vågor i marken, ljusvågor, radiovågor.

Man skiljer på vågor som behöver ett material, ett medium, att färdas i, s.k. mekaniska vågor och vågor som inte behöver det, dvs. vågor som kan färdas i vakuum. Dessa kallas elektromagnetiska vågor. Ett exempel på en mekanisk våg är ljudvågor som behöver t.ex. luft att utbreda sig i medan ljus är ett exempel på elektromagnetiska vågor som kan utbreda sig i rymdens vakuum. Vi kommer i det här kapitlet att behandla mekaniska vågor medan elektromagnetiska vågor behandlas i nästa kapitel.

Så vad är en mekanisk vågrörelse? 

En vågrörelse är en ”störning” i mediet som vågen färdas i och det första vi behöver förstå är att alla vågor och pulser behöver en källa, dvs. något som genererar vågen. I videon såg vi att om t.ex. ena änden av ett rep sätts i rörelse så kommer en våg eller en puls att utbreda sig längs med repet, bort från vågkällan. Mediet i det här fallet är repet. 

Om källan utför en harmonisk svängningsrörelse så kommer även vågen att utbreda sig som en harmonisk svängningsrörelse. Vi kommer prata mer om sådana vågrörelser senare i kapitlet. 

Men vad är det egentligen som färdas längs med repet? Om vi tittar noga på en liten del av repet, så inser vi ju att denna lilla ”repdel” endast svänger upp och ner kring ett jämviktsläge, vinkelrätt mot vågens färdriktning. Ingen materia har förflyttat sig i rummet utan det som fortplantar sig längs med repet är energin från den harmoniska svängningen, dvs. det krävs en vågkälla, ett ursprung till vågen.

Vågor transporterar alltså energi från ett ställe till ett annat.

Pulser

En enskild vågrörelse kallas för en puls. En puls transporterar alltså också energi men inte kontinuerligt utan som en enskild ”stöt”. Ett exempel på en puls är att om man knyter fast ett hopprep i ena änden och knycker till i andra änden av repet så kommer energin att färdas genom repet som en ensam våg. 

Reflektion

I videon tittar vi på vad som händer med en puls då repets bortre ände är fri att röra sig respektive fäst vid något. Den fria änden illustreras som en ring runt en stav medan en fast ände illustreras av att repets ände sitter fäst i staven. I båda fallen så kan inte energin föras vidare utan pulsen kommer att skickas tillbaka i repet i motsatt riktning. Detta kallas reflektion. Däremot kommer det skilja på om pulsen reflekteras rättvänd eller omvänd. 

Reflektion av puls

En puls reflekteras rättvänd då den möter en fri gräns men reflekteras omvänd då den möter en fast gräns.

Fri ände – Pulsen reflekteras rättvänd

Fast ände – Pulsen reflekteras omvänd

Transmission

Men vad händer om en puls möter en gräns som inte är helt fast eller helt fri utan något mittemellan?
I videon tittar vi på vad som händer då en puls färdas genom en tunn, lätt kedja som i sin tur är sammankopplad med en kraftigare, tyngre kedja. Kedjan har alltså en tydlig gräns mellan ett material, eller ett medium, med lägre massa per längdenhet och ett annat medium med högre massa per längdenhet. Ofta kallar man det mediet med lägre massa per längdenhet för det ”tunnare” mediet medan mediet med mer massa per längdenhet kallas det ”tätare” mediet.

I videon konstaterar vi att när pulsen möter skarven mellan medierna så reflekteras en del av pulsen tillbaka i det tunnare mediet medan en del av pulsen fortsätter i det tätare mediet. Man säger att en del av energin ”transmitteras”.

Man kan ju även tänka sig att koppla samman kedjorna i omvänd ordning och hur pulsen reflekteras och transmitteras beror på skillnaden mellan mediernas elastiska egenskaper. Sammanfattningsvis får vi följande varianter:

Puls i övergång mellan två medier

Puls från tunnare till tätare medium:

– Reflekteras omvänd.
– Transmitteras med lägre hastighet och förkortad.
– Både den reflekterade och transmitterade pulsen har lägre amplitud än orginalpulsen. 

Puls från tätare till tunnare medium:

– Reflekteras rättvänd.
– Transmitteras med högre hastighet och förlängd.
– Den reflekterade vågen har lägre amplitud än orginalpulsen
– Den transmitterade pulsen har högre amplitud än orginalpulsen.

Den transmitterade pulsen är alltid rättvänd. 

Interferens

Till sist ska vi titta på vad som händer då två pulser befinner sig på samma plats vid samma tidpunkt. Vi har två separata pulser med lika stor amplitud, som färdas längs ett rep. Den ena vågen färdas från vänster till höger och den andra vågen från höger till vänster.

I mitten på repet så möts de och befinner sig alltså på samma plats samtidigt. Vi ser i figuren att de då verkar interagera med varandra och räknar vi rutor ser vi att just då pulsernas maxima överlappar varandra så bildar de tillsammans en puls med dubbelt så stor amplitud. När pulser, och vågor för den delen, interagerar på det här sättet säger man att de interfererar med varandra. Fenomenet kallas alltså interferens.

Det visar sig att detta gäller generellt, då pulser och vågor interfererar så kan vi addera deras amplituder. Vi måste dock vara noga med amplitudernas tecken. Vi ser i nästa figur att om t.ex. en av pulserna har positiv amplitud medan den andra har negativ amplitud så ”tar amplituderna ut varandra” istället. 

När två pulser, eller vågrörelser generellt, möts och båda har samma tecken så kallas det att de förstärker varandra eller mer formellt ”konstruktiv interferens” medan det omvända kallas ”utsläckning” eller ”destruktiv interferens”. Den här principen kallas för ”superpositionsprincipen”.

En viktig sak att notera är att pulserna fortsätter att vara ”individuella” pulser även om de tillfälligt bildar en ”ny” puls. Pulsen från höger till vänster fortsätter efter mötet till vänster som om inget har hänt och detsamma gäller vågen från vänster till höger.

Credit: Animering från Geogebra i videon: https://www.geogebra.org/m/dJrTcxYd

Kommentarer


Endast Premium-användare kan kommentera.

██████████████████████████
████████████████████████████████████████████████████

e-uppgifter (7)

  • 1. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    Figuren visar en puls på väg åt höger. Vilket av följande alternativ är sant?

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
  • 2. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    Figuren visar en reflekterad puls på väg åt vänster. Vilket av följande alternativ är sant om den inkommande pulsen?

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
  • 3. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    Figuren visar en inkommande puls på väg åt höger. Vilket av följande alternativ är sant?

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
  • Så hjälper Eddler dig:
    800+ videolektioner 10 000+ övningsfrågor
    Allt du behöver för att klara av nationella provet
    Så hjälper Eddler dig:
    800+ lektioner 10 000+ övningsfrågor Öva på nationella prov
    Allt du behöver för att klara av nationella provet
    Din skolas prenumeration har gått ut!
    Påminn din lärare om att förnya eller fortsätt plugga med Eddler på egen hand.
    Så funkar det för:
    Elever/Studenter Lärare Föräldrar
    Din skolas prenumeration har gått ut!
    Förnya er prenumeration. Kontakta oss på: info@eddler.se
  • 4. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    Figuren visar en inkommande puls på väg åt höger. Vilket av följande alternativ är sant?

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
  • 5. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    En puls färdas i medium 1 och passerar plötsligt en gräns till ett annat medium vi kan kalla medium 2. Efter övergången är både den reflekterade och transmitterade pulsen rättvända. Välj rätt svarsalternativ.

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
  • 6. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    Bilden ovan visar två s.k. fyrkantspulser som rör sig mot varandra längs ett rep. Vilken av bilderna nedan  beskriver den resulterande pulsen då pulsernas mittpunkter befinner sig precis över varandra?

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
  • 7. Premium

    Redigera uppgift Rapportera fel Ändra till korrekt
    (1/0/0)
    E C A
    B 1
    P
    PL
    M
    R
    K
    M NP INGÅR EJ

    Bilden ovan visar två s.k. fyrkantspulser som rör sig mot varandra längs ett rep. Vilken av bilderna nedan  beskriver den resulterande pulsen då pulsernas mittpunkter befinner sig precis över varandra?

     

    Bedömningsanvisningar/Manuell rättning
    Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.
    • Rättad
    • +1
    • Rättad
    Dela med lärare
    Rättar...
Så hjälper Eddlers digitala läromedel dig:
800+ videolektioner 10 000+ övningsfrågor
Allt du behöver för att klara av nationella provet
Så hjälper Eddlers digitala läromedel dig:
800+ lektioner 10 000+ övningsfrågor Öva på nationella prov
Allt du behöver för att klara av nationella provet
Din skolas prenumeration har gått ut!
Påminn din lärare om att förnya eller fortsätt plugga med Eddler på egen hand.
Så funkar det för:
Elever/Studenter Lärare Föräldrar
Din skolas prenumeration har gått ut!
Förnya er prenumeration. Kontakta oss på: info@eddler.se