Εγκάρσια κύματα

Εγκάρσια κύματα ονομάζονται τα κύματα των οποίων η διεύθυνση διάδοσής τους είναι κάθετη στη διεύθυνση της ταλάντωσης των σωματιδίων που αποτελούν το μέσο διάδοσης. Στα εγκάρσια κύματα εμφανίζονται μέγιστα και ελάχιστα που ονομάζονται «όρη» και «κοιλάδες» αντίστοιχα. Εγκάρσια κύματα διαδίδονται μόνο στα στερεά σώματα και κατά προσέγγιση στην επιφάνεια υγρών. Τα εγκάρσια κύματα καθώς και τα διαμήκη κύματα αποτελούν τα δύο βασικά είδη κυμάτων.

Επιφανειακό εγκάρσιο κύμα

Παραδείγματα εγκάρσιων κυμάτων

Στιγμιότυπο ενός μη αρμονικού εγκάρσιου κύματος

Δημιουργία εγκάρσιου κύματος σε χορδή

Όταν μία λεπτή χορδή μεγάλου μήκους διαταραχθεί στο άκρο της από μία ταλαντευόμενη πηγή, δημιουργούνται κατά μήκος της εγκάρσια κύματα που διαδίδονται με ταχύτητα που εξαρτάται από τις ιδιότητες του υλικού της. Τα σωματίδια της χορδής αρχίζουν να ταλαντεύονται υπό την επίδραση της τάσης της χορδής που είναι η κύρια δύναμη που ασκείται σε αυτά. Η ταχύτητα με την οποία μεταδίδεται η εγκάρσια διαταραχή στην χορδή αποδεικνύεται πως ισούται με:

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {T}{\mu }}}}$

όπου Τ η τάση της χορδής και μ η γραμμική της πυκνότητα. Η κυματική εξίσωση που περιγράφει τα εγκάρσια κύματα κατά μήκος χορδής γράφεται:

${\displaystyle {\frac {\mu }{T}}{\frac {\partial ^{2}u}{\partial t^{2}}}={\frac {\partial ^{2}u}{\partial x^{2}}}.\,}$

Τα εγκάρσια κύματα που δημιουργούνται στις χορδές μπορούν να έχουν άπειρα επίπεδα ταλάντωσης κάθετα στον άξονα της χορδής. Το επίπεδο στο οποίο ταλαντώνονται τα σωματίδια του μέσου μετάδοσης χαρακτηρίζει την πόλωση του κύματος. Πόλωση γενικά ονομάζεται το επίπεδο ταλάντωσης των σωματιδίων του μέσου μετάδοσης της κυματικής κίνησης και είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των εγκαρσίων κυμάτων. Η πόλωση εξαρτάται από τον άξονα στον οποίο ταλαντώνεται η πηγή των κυμάτων. Όταν η αρχική πηγή ταλαντώνεται σε σταθερό άξονα τότε τα κύματα που δημιουργούνται πάνω στην χορδή βρίσκονται πάνω σε συγκεκριμένο επίπεδο με αποτέλεσμα να έχουμε γραμμική πόλωση. Άλλη περίπτωση πόλωσης είναι η κυκλική κατά την οποία ο άξονας ταλάντωσης της αρχικής πηγής περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα και διαγράφει κύκλο οπότε τα σωματίδια της χορδής ταλαντώνονται σε επίπεδο που συνεχώς περιστρέφεται. Σ’ αυτή την περίπτωση τα σωματίδια της χορδής ταλαντώνονται διαγράφοντας επιφάνεια κυλίνδρου.

Κύματα σε υγρό

Κίνηση σωματιδίων του υγρού κατά την διάδοση κυμάτος

Στην περίπτωση κυμάτων σε υγρό τα σωματίδια του υγρού ταλαντώνονται με τρόπο που προσεγγίζει τα εγκάρσια κύματα. Στην πραγματικότητα κάθε σωματίδιο του υγρού διαγράφει μία κυκλική τροχιά κατά την διάρκεια μίας πλήρους ταλάντωσης. Η περίπτωση των κυμάτων σε υγρό είναι πιο πολύπλοκη από την περίπτωση της χορδής γιατί στην μετάδοση της κυματικής κίνησης των υγρών συμμετέχουν περισσότερες δυνάμεις. Αυτές είναι η επιφανειακή τάση του υγρού, το βάρος του υγρού και η ατμοσφαιρική πίεση. Τα κύματα σε επιφάνεια υγρού μεταδίδονται με ταχύτητα που εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού, την επιφανειακή του τάση, το βάθος του αλλά και το μήκος κύματος των σχηματιζόμενων κυμάτων. Επειδή η ταχύτητα διάδοσης κυμάτων σε υγρό εξαρτώνται από το μήκος κύματος των κυμάτων εμφανίζεται σε αυτά τα κύματα το φαινόμενο της διασποράς.

Δείτε επίσης

• Διαμήκη κύματα

Πηγές

• Θεμελιώδης πανεπιστημιακή φυσική - Αλόνσο Φινν
• Physics - Raymond A. Serway, τόμος ΙΙΙ

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Εξομοίωση κυμάτων