Bølger, svingningsretninger og energi – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Bølger, svingningsretn...

29. maj 2010

Bølger, svingningsretninger og energi

Hej Spørg om Fysik
Jeg har læst noget om fysikkens historie, og bølgeteorierne. Men jeg kom til at undre mig over hvorfor energi egentlig bevæger sig i bølger - hvorfor bevæger det sig ikke bare i en ret linje?

Mange hilsner
S B

 

Der er to typer af bølger, det man kalder longitudinalbølger, det er bølger hvor svingningen i bølgen bevæger sig i samme retning, som bølgen udbreder sig, det er f.eks. lydbølger i luft.

Her er svingningen at der opstår små over- og undertryk i luften, trykbølger, og disse udbreder sig (hvis der ikke er hindringer) retlinet væk fra kilden. De små tryk opstår ved at luftmolekylerne svinger frem og tilbage i udbredelsesretningen.


Den anden type er transversalbølger. Her er svingningen vinkelret på udbredelsesretningen. Et godt eksempel er den cirkelbølge, der opstår på overfladen af en stille sø, når man kaster en sten i vandet. Bølgerne udbreder sig som ringe til alle sider, men selve bølgen består i at vandet skiftevis er lidt højere og lavere end den uændrede overflade. 

Til begge typer af bølger er der knyttet energi og bevægelsesmængde

Lydbølger er i stand til at flytte membranen i en mikrofon, så man kan optage lyden, vandbølger kan flytte ting, alle der har badet i store bølger ved, at man kan blive væltet og flyttet når en bølge rammer en. Energien bestemmes ud fra højden (amplituden) af bølgen, des større amplitude des større energi, det gælder begge typer af bølger.

For alle bølgetyper gælder, at de bevæger sig retlinet ud fra udgangspunktet, hvis de ikke rammer noget, eller der sker ændringer i det de udbreder sig i. Vandbølgers hastighed afhænger af vanddybden, des større dybde des større hastighed. Det er derfor havbølger får skum på toppen og kammer over, når de passerer en revle på vej imod land. Toppen af bølgen har større vanddybde og dermed større hastighed end bunden af bølgen, og toppen løber simpelthen fra bølgens bund og falder så ned som skum.

Bølger som rammer en flade vil blive reflekteret, så fladen mere eller mindre virker som spejl, det sker normalt sådan, at hvis bølgens bevægelsesretning danner en vinkel til fladen, vil den blive reflekteret i samme vinkel væk fra fladen. Rammer bølger andre forhindringer vil de kunne bøjes udenom forhindringen, hvis denne er lille i forhold til bølgelængden, f.eks. havbølger som rammer en pæl vil ikke vise spor af pælen bag denne. Er forhindringen af samme størrelse som bølgelængden, vil der ske væsentlige forstyrrelser af bølgen. Havnemoler på vestkysten med de store vesterhavsbølger vil derfor være konstrueret af større sten eller betonklodser end de tilsvarende moler på Jyllands østkyst (hvor bølgerne normalt er mindre).

For elektromagnetiske bølger (lys, røntgen mm.) gælder, at det er transversalbølger, og at de svingninger som er bølgen, er elektriske og magnetiske felter, som står vinkelret på hinanden. Disse bølger har også energi (jævnfør f.eks. mikrobølgeovne som jo kan opvarme ting).

Til bølger er knyttet en bølgehastighed, som kan afhænge af hvad bølgen udbreder sig i (og f.eks. også vanddybden) og en række andre ting. For alle almindelige bølger gælder bølgeligningen, som siger: f * λ = v, hvor f er frekvensen, dvs. antal gange bølgen svinger op og ned pr. sekund, når man ser på et bestemt sted, λ er bølgelængden, dvs. afstanden imellem to bølgetoppe, og v er bølgens udbredelseshastighed (for lyd i luft ca. 330 m/s, for lys ca. 3*108 m/s)

Så svaret er, at bølger bevæger sig normalt i rette linjer, hvis de ikke forstyrres, men den svingning som danner bølgen kan enten være på tværs eller i bølgeretningen.

Med venlig hilsen
Malte Olsen