VI.2. Unde mecanice
Unda mecanică este fenomenul de propagare a unei oscilații printr-un mediu material (substanță) însoțit de transport de energie (nu și de substanță).
Sursa producerii unei unde mecanice este un oscilator mecanic.
Mediul prin care se propagă oscilația este un mediu elastic. Particulele mediului elastic efectuează oscilații în jurul poziției de echilibru, transmițând la distanță mișcarea oscilatorie și implicit, energia mecanică.
Clasificarea undelor mecanice după direcția de propagare:
1) Undele transversale se propagă cu perturbația perpendiculară pe direcția de oscilație a particulelor mediului.
Exemple: undele de la suprafața apei, undele particulelor dintr-o sfoară sau fir, coarda unei viori etc.
2) Undele longitudinale se propagă cu perturbația pe aceeași direcție cu direcția de oscilație a particulelor mediului.
Exemple: undele care apar în resortul elastic, unda de șoc dintr-o garnitură de tren când se decuplează locomotiva, unda sonoră în aer.
Undele mecanice își au originea în deplasarea unei anumite porțiuni dintr-un mediu elastic de la poziția sa normală, ducând la oscilații în jurul poziției de echilibru. Datorită proprietăților elastice ale mediului, perturbația se transmite de la un strat vecin la altul. Mediul însuși nu se mișcă ca un întreg odată cu propagare undei. Diferitele porțiuni ale mediului oscilează doar pe distanțe limitate.
Exemplu:
În cazul undelor pe apă, mici obiecte care plutesc cum ar fi dopurile de plută, arată ca mișcarea reală a diferitelor porțiuni de apă este ușor în sus sau în jos, înainte și înapoi. Cu toate aceste undele de apă se mișcă progresiv de-a lungul apei. Atunci când ele ating obiecte care plutesc le pun în mișcare, transferând astfel energie acestora. Energia undelor este energia cinetică și potențială a substanței, însă transmiterea energiei se face prin trecerea ei de la o porțiune de substanță la cea vecină.
Proprietățile mediului care determină viteza unei unde prin acel mediu sunt inerția și elasticitatea sa. Toate mediile materiale, inclusiv de exemplu, apa, aerul sau oțelul posedă aceste proprietăți și pot transmite astfel de unde mecanice. Elasticitatea este cea care dă naștere la forțe de restabilire asupra oricarei porțiuni de mediu deplasată din poziția sa de echilibru. Inerția este aceea care ne spune cum aceasta porțiune deplasată de mediu va răspunde la aceste forțe de restabilire. Acești doi factori determină împreună viteza undelor.
Dacă mișcarea particulelor materiale care transmit unda sunt perpendiculare pe direcția de propagare a undei avem o undă transversală.
Exemplu:
Când o coardă verticală sub tensiune este pusă să oscileze înainte și înapoi la un capăt, se va propaga o undă transversală de-a lungul corzii. Perturbația se miscă de-a lungul corzii, însă particulele corzii vibrează perpendicular pe direcția de propagare a perturbației.
Dacă însă mișcarea particulelor care transportă o undă mecanică are loc înainte și înapoi de-a lungul direcției de propagare, avem atunci o undă longitudinală.
Exemplu:
Dacă un resort vertical sub tensiune este pus să oscileze în sus și in jos la un capăt, se va propaga o undă longitudinală de-a lungul resortului. Spirele vor vibra înainte și înapoi în direcția în care se propagă perturbația de-a lungul corzii.
Lungimea de undă = λ = distanța parcursă de undă într-o perioadă (în timpul unei oscilații complete).
v = viteza undei
T = perioada undei
υ = frecvența undei
