Hullámok típusai

Hullámok típusai

A hullámok az életünk számtalan területén játszanak nagyon fontos szerepet.

Fizika

Címkék

hullám, hullámtípusok, hanghullám, gravitációs hullám, elektromágneses hullám, mechanikai hullám, longitudinális, transzverzális, frekvencia, amplitúdó, hang, hullámhossz, terjedési sebesség, rezgés, rezgésidő, polarizáló szűrő, rádióhullám, mikrohullám, fény, látható fény, ultraibolya sugárzás, infravörös sugárzás, polarizált hullám, infrahang, ultrahang, antenna, gravitáció, mechanika

Kapcsolódó extrák

Jelenetek

Longitudinális hullám

  • Longitudinális hullám - A részecskék kitérése párhuzamos a hullám haladási irányával. A gázokban terjedő mechanikus hullámok mindig longitudinálisak.
  • hangszóró - A hangszóró longitudinális hanghullámot bocsát ki. A hangnak is, mint minden más hullámnak, van hullámhossza, frekvenciája, terjedési sebessége, amplitúdója.
  • hullám haladási iránya
  • részecskék kitérése

A mechanikai hullámok közül a legegyszerűbb a gázban terjedő hang.
A gáz részecskéit valamilyen hangforrás mozgásba hozza, majd ezek meglökik a szomszédaikat, majd azok is a szomszédaikat, így terjed tova a rezgés a gázban.
A gázban terjedő mechanikai hullámok mindig longitudinálisak, vagyis a részecskék mozgási iránya párhuzamos a hullám terjedési irányával. Ez azért van így, mert a gáz részecskéi között nem érvényesül a vonzó kölcsönhatás, ezért nyíró irányú erők nem ébredhetnek.
Egy részecske csak azokat a további részecskéket tudja mozgásba hozni, amik előtte vannak. Longitudinális hullám esetén nem beszélhetünk polarizációról.

Transzverzális hullám

  • Transzverzális hullám - A részecskék kitérése merőleges a hullám haladási irányára.
  • hullám haladási iránya
  • részecskék kitérése

A szilárd vagy folyékony közegben terjedő mechanikai hullámok már lehetnek transzverzálisak és longitudinálisak is.

Transzverzális hullámról akkor beszélünk, ha a részecskék rezgési iránya merőleges a hullám terjedési irányára. Ha egy gitárhúrt megpendítünk, akkor a hullám a húr mentén halad, viszont a rezgés arra merőlegesen történik.
Ha a rezgőmozgás végig ugyanabban a síkban zajlik, akkor síkban polarizált (röviden: polarizált) hullámról beszélünk.

Összetett hullámok - Vízhullám

  • Vízhullám - A vízhullámok esetén a részecskék körpályán mozognak. Egyszerre longitudinális és transzverzális a hullám.

A természetben megfigyelhető hullámok többsége nem tisztán transzverzális vagy longitudinális, és a transzverzális hullámok sem mindig egyetlen síkban polarizáltak.

Ezeket a mozgásokat legtöbbször egyszerre végzik az adott közeg részecskéi. Bármely bonyolultabb hullámmozgás felfogható úgy, mint egy longitudinális és egy vagy több transzverzális hullám kompozíciója.
A víz felületén látható hullámzás során a részecskék például nem csak fel-le, de előre-hátra is mozognak, ezért a vízhullámok felfoghatók egy longitudinális és egy transzverzális hullám keverékének is.
Ennek oka az, hogy a víz nem összenyomható közeg, ezért a lefelé mozgó részecskék nem összenyomják az alattuk levőket, hanem oldalra kiszorítják. A szilárd közegben haladó hullámok, mint például a földrengéshullámok még összetettebb képet mutatnak.

Polarizáció

  • körben polarizált transzverzális hullám - Két, egymásra merőleges transzverzális hullám kompozíciója.
  • síkban polarizált transzverzális hullám - A részecskék egyetlen síkban mozognak, kitérésük merőleges a haladási irányra.
  • polarizátor - Résen áthaladva a hullám síkban polarizálttá válik.
  • merőleges polarizátor

Ha egy hullám két transzverzális hullám kompozíciója, akkor azt elliptikusan polarizáltnak, speciális esetben körkörösen polarizáltnak hívjuk.

Ilyen hullámot úgy lehet könnyen előállítani, hogy egy ventilátor egyik lapátjára rugalmas kötelet kötünk, a kötél másik végét kifeszítjük.
A körkörösen polarizált hullámból könnyen tudunk síkban polarizált hullámot nyerni, ha a hullámot egy polárszűrőn engedjük át.
Mechanikai hullámok esetén ez egy rés. A rés mögött síkban polarizált hullám halad tovább.
Ha ennek az útjába egy újabb, az eredetire merőleges polárszűrőt helyezünk, akkor a hullám nem halad tovább.

Elektromágneses hullám

  • elektromágneses dipólsugárzás - Az antenna körül változó elektromos tér változó mágneses teret indukál, majd a változó mágneses tér ismét változó elektromos teret, és így tovább a végtelenségig.
  • antenna - Az adóantennában uralkodó töltéseloszlás periodikusan változik, ezért a körülötte kialakult elektromos elektromos tér is periodikusan változik.

Az elektromágneses hullámok nem valamilyen anyagi közeg rezgései. Terjedésükhöz nincs szükség közegre, sőt, leggyorsabban a vákumban haladnak.

Úgy keletkeznek, hogy a változó elektromos tér változó mágneses teret indukál, majd a változó mágneses tér ismét változó elektromos teret, és így tovább a végtelenségig.
Az elektromágneses hullám esetén nincsenek rezgőmozgást végző részecskék a hullámtérben, ezért a polarizáltságot sem könnyű értelmezni.
Ám ha a rezgés irányát a folyton változó elektromos térerősségvektor irányával azonosítjuk, akkor az elektromágneses hullámok is transzverzális hullámok, tehát lehetnek síkban polarizáltak, vagy összetettebb módon polarizáltak.
A természetes fény nem egyetlen síkban polarizált hullám, mert nem egyetlen jelforrásból származik, hanem sok molekula vagy atom egymástól függetlenül hozza létre különböző síkokban polarizáltan. A természetes fény optikai polárszűrővel polarizálható.

Gravitációs hullámok

  • Gravitációs hullámok - Két, egymás körül keringő csillag is kelthet ilyen hullámokat.

A gravitációs hullámok gyorsuló tömegek miatt alakulnak ki.
Úgy tekinthetjük őket, mint a tér-idő tovaterjedő fodrozódásai. A gravitációs hullám adott ponton való áthaladásának az eredménye a téridő periodikus rövidülése és megnyúlása. Ez csak nagyon pontos műszerekkel mutatható ki, és csak nagyon nagy gyorsuló tömegek, például egymás körül keringő kettőscsillagok kelthetnek számottevő kimutatható gravitációs hullámokat.

Hullámok típusai

  • Forrás
  • Mechanikai
  • Elektromágneses
  • Gravitációs
  • Rezgések iránya
  • Longitudinális
  • Transzverzális
  • Összetett
  • Frekvencia, hullámhossz
  • Infrahang - Földrengéseknél is keletkezik, bálnák, elefántok bocsátják ki. Frekvenciája: 0-20 Hz.
  • Hallható hang - A fülünk által érzékelt hang frekvenciája 20-tól 20000 Hz-ig terjed.
  • Ultrahang - Denevérek, delfinek használják, a magzati diagnosztikában is alkalmazzuk. Frekvenciája nagyobb mint 20000 Hz.
  • Rádióhullám - [b]Hosszúhullám[/b] - hullámhossz: 2000-1000 m, frekvencia: 1,5⋅10⁵-3⋅10⁵ Hz [b]középhullám[/b] - hullámhossz: 600-150 m, frekvencia: 5⋅10⁵-2⋅10⁶ Hz [b]rövidhullám[/b] - hullámhossz: 50-15 m, frekvencia: 6⋅10⁶-2⋅10⁷ Hz [b]ultrarövid hullám[/b] - hullámhossz: 15-1 m, frekvencia: 2⋅10⁷-3⋅10⁸ Hz Rádióadók, radarok használják.
  • Mikrohullám - Hullámhossz: 1 m-0,03 mm, frekvencia: 3⋅10⁸-10¹³ Hz Mobiltelefonok, Wi-Fi rooterek, mikrohullámú sütők használják.
  • Infravörös sugárzás - Hullámhossz: 0,3-760 nm, frekvencia: 10¹²-3,9⋅10¹⁴ Hz A nap, a fűtőtest, az emberi test a hőt infrasugarak formájában is sugározza magából.
  • Látható fény - Hullámhossz: 760-380 nm, frekvencia: 3,9⋅10¹⁴-7,8⋅10¹⁴ Hz A szemünk által érzékelt fény is elektromágneses hullám.
  • Ultraibolya sugárzás - Hullámhossz: 380-10 nm, frekvencia: 7,8⋅10¹⁴-3⋅10¹⁶ Hz A napból érkező káros UV sugarak felelősek bőrünk leégéséért.
  • Röntgensugárzás - Hullámhossz: 1 nm-1 pm, frekvencia: 3⋅10¹⁶-3⋅10²⁰ Hz Az egészségügyben használt röntgen sugarak nagy dózisban veszélyesek a szöveteinkre.
  • Gamma-sugárzás - Hullámhossz: 0,3 nm-30 fm, frekvencia: 10¹⁸-10²² Hz A kozmikus eredetű és nukleáris átalakulásoknál keletkező gamma sugarak a legpusztítóbb elektromágneses sugárzások.
  • Egyéb mechanikai hullámok

A hullámok az életünk számtalan területén játszanak nagyon fontos szerepet. Többnyire hullámok segítségével érzékeljük a külvilágot, hiszen a hang, a fény és a földrengés is hullám, de a rádióadás, a radar, a lézer működése is hullámokon alapszik.

A hullámokat több szempont alapján lehet csoportosítani. Elsősorban aszerint szoktuk megkülönböztetni őket, hogy milyen közeg tovaterjedő rezgéseiről van szó.
Másodsorban a polarizáltságuk szerint osztályozhatjuk őket, harmadrészt a frekvenciájuk szerint.

A keletkezésük forrása szerint a hullámok lehetnek:
1) Mechanikai hullámok (pl. hang, ultrahang, földrengés, vízhullámok)
2) Elektromágneses hullámok (fény, rádióhullámok, infravörös sugárzás, ultraibolya sugárzás, röntgensugárzás, gamma-sugárzás, mikrohullám)
3) Gravitációs hullámok
4) A részecskék viselkedését leíró kvantummechanikai állapotfüggvények is hullámoknak tekinthetők, ezért hullámfüggvényeknek is nevezzük ezeket.

Animáció

  • Longitudinális hullám - A részecskék kitérése párhuzamos a hullám haladási irányával. A gázokban terjedő mechanikus hullámok mindig longitudinálisak.
  • hangszóró - A hangszóró longitudinális hanghullámot bocsát ki. A hangnak is, mint minden más hullámnak, van hullámhossza, frekvenciája, terjedési sebessége, amplitúdója.
  • hullám haladási iránya
  • részecskék kitérése
  • Transzverzális hullám - A részecskék kitérése merőleges a hullám haladási irányára.
  • hullám haladási iránya
  • részecskék kitérése
  • Vízhullám - A vízhullámok esetén a részecskék körpályán mozognak. Egyszerre longitudinális és transzverzális a hullám.
  • körben polarizált transzverzális hullám - Két, egymásra merőleges transzverzális hullám kompozíciója.
  • síkban polarizált transzverzális hullám - A részecskék egyetlen síkban mozognak, kitérésük merőleges a haladási irányra.
  • polarizátor - Résen áthaladva a hullám síkban polarizálttá válik.
  • merőleges polarizátor
  • elektromágneses dipólsugárzás - Az antenna körül változó elektromos tér változó mágneses teret indukál, majd a változó mágneses tér ismét változó elektromos teret, és így tovább a végtelenségig.
  • antenna - Az adóantennában uralkodó töltéseloszlás periodikusan változik, ezért a körülötte kialakult elektromos elektromos tér is periodikusan változik.
  • Gravitációs hullámok - Két, egymás körül keringő csillag is kelthet ilyen hullámokat.
  • Forrás
  • Mechanikai
  • Elektromágneses
  • Gravitációs
  • Rezgések iránya
  • Longitudinális
  • Transzverzális
  • Összetett
  • Frekvencia, hullámhossz
  • Infrahang - Földrengéseknél is keletkezik, bálnák, elefántok bocsátják ki. Frekvenciája: 0-20 Hz.
  • Hallható hang - A fülünk által érzékelt hang frekvenciája 20-tól 20000 Hz-ig terjed.
  • Ultrahang - Denevérek, delfinek használják, a magzati diagnosztikában is alkalmazzuk. Frekvenciája nagyobb mint 20000 Hz.
  • Rádióhullám - [b]Hosszúhullám[/b] - hullámhossz: 2000-1000 m, frekvencia: 1,5⋅10⁵-3⋅10⁵ Hz [b]középhullám[/b] - hullámhossz: 600-150 m, frekvencia: 5⋅10⁵-2⋅10⁶ Hz [b]rövidhullám[/b] - hullámhossz: 50-15 m, frekvencia: 6⋅10⁶-2⋅10⁷ Hz [b]ultrarövid hullám[/b] - hullámhossz: 15-1 m, frekvencia: 2⋅10⁷-3⋅10⁸ Hz Rádióadók, radarok használják.
  • Mikrohullám - Hullámhossz: 1 m-0,03 mm, frekvencia: 3⋅10⁸-10¹³ Hz Mobiltelefonok, Wi-Fi rooterek, mikrohullámú sütők használják.
  • Infravörös sugárzás - Hullámhossz: 0,3-760 nm, frekvencia: 10¹²-3,9⋅10¹⁴ Hz A nap, a fűtőtest, az emberi test a hőt infrasugarak formájában is sugározza magából.
  • Látható fény - Hullámhossz: 760-380 nm, frekvencia: 3,9⋅10¹⁴-7,8⋅10¹⁴ Hz A szemünk által érzékelt fény is elektromágneses hullám.
  • Ultraibolya sugárzás - Hullámhossz: 380-10 nm, frekvencia: 7,8⋅10¹⁴-3⋅10¹⁶ Hz A napból érkező káros UV sugarak felelősek bőrünk leégéséért.
  • Röntgensugárzás - Hullámhossz: 1 nm-1 pm, frekvencia: 3⋅10¹⁶-3⋅10²⁰ Hz Az egészségügyben használt röntgen sugarak nagy dózisban veszélyesek a szöveteinkre.
  • Gamma-sugárzás - Hullámhossz: 0,3 nm-30 fm, frekvencia: 10¹⁸-10²² Hz A kozmikus eredetű és nukleáris átalakulásoknál keletkező gamma sugarak a legpusztítóbb elektromágneses sugárzások.
  • Egyéb mechanikai hullámok

Narráció

A hullámok az életünk számtalan területén játszanak nagyon fontos szerepet. Többnyire hullámok segítségével érzékeljük a külvilágot, hiszen a hang, a fény és a földrengés is hullám, de a rádióadás, a radar, a lézer működése is hullámokon alapszik.

A hullámokat több szempont alapján lehet csoportosítani. Elsősorban aszerint szoktuk megkülönböztetni őket, hogy milyen közeg tovaterjedő rezgéseiről van szó.
Másodsorban a polarizáltságuk szerint osztályozhatjuk őket, harmadrészt a frekvenciájuk szerint.

A keletkezésük forrása szerint a hullámok lehetnek mechanikai, elektromágneses és gravitációs hullámok. A részecskék viselkedését leíró kvantummechanikai állapotfüggvények is hullámoknak tekinthetők, ezért hullámfüggvényeknek is nevezzük ezeket.

A mechanikai hullámok közül a legegyszerűbb a gázban terjedő hang.
A gáz részecskéit valamilyen hangforrás mozgásba hozza, majd ezek meglökik a szomszédaikat, majd azok is a szomszédaikat, így terjed tova a rezgés a gázban.
A gázban terjedő mechanikai hullámok mindig longitudinálisak, vagyis a részecskék mozgási iránya párhuzamos a hullám terjedési irányával. Ez azért van így, mert a gáz részecskéi között nem érvényesül a vonzó kölcsönhatás, ezért nyíró irányú erők nem ébredhetnek.
Egy részecske csak azokat a további részecskéket tudja mozgásba hozni, amik előtte vannak. Longitudinális hullám esetén nem beszélhetünk polarizációról.

A szilárd vagy folyékony közegben terjedő mechanikai hullámok már lehetnek transzverzálisak és longitudinálisak is.

Transzverzális hullámról akkor beszélünk, ha a részecskék rezgési iránya merőleges a hullám terjedési irányára. Ha egy gitárhúrt megpendítünk, akkor a hullám a húr mentén halad, viszont a rezgés arra merőlegesen történik.
Ha a rezgőmozgás végig ugyanabban a síkban zajlik, akkor síkban polarizált (röviden: polarizált) hullámról beszélünk.

A természetben megfigyelhető hullámok többsége nem tisztán transzverzális vagy longitudinális, és a transzverzális hullámok sem mindig egyetlen síkban polarizáltak.

Ezeket a mozgásokat legtöbbször egyszerre végzik az adott közeg részecskéi. Bármely bonyolultabb hullámmozgás felfogható úgy, mint egy longitudinális és egy vagy több transzverzális hullám kompozíciója.
A víz felületén látható hullámzás során a részecskék például nem csak fel-le, de előre-hátra is mozognak, ezért a vízhullámok felfoghatók egy longitudinális és egy transzverzális hullám keverékének is.
Ennek oka az, hogy a víz nem összenyomható közeg, ezért a lefelé mozgó részecskék nem összenyomják az alattuk levőket, hanem oldalra kiszorítják. A szilárd közegben haladó hullámok, mint például a földrengéshullámok még összetettebb képet mutatnak.

Ha egy hullám két transzverzális hullám kompozíciója, akkor azt elliptikusan polarizáltnak, speciális esetben körkörösen polarizáltnak hívjuk.

Ilyen hullámot úgy lehet könnyen előállítani, hogy egy ventilátor egyik lapátjára rugalmas kötelet kötünk, a kötél másik végét kifeszítjük.
A körkörösen polarizált hullámból könnyen tudunk síkban polarizált hullámot nyerni, ha a hullámot egy polárszűrőn engedjük át.
Mechanikai hullámok esetén ez egy rés. A rés mögött síkban polarizált hullám halad tovább.
Ha ennek az útjába egy újabb, az eredetire merőleges polárszűrőt helyezünk, akkor a hullám nem halad tovább.

Az elektromágneses hullámok nem valamilyen anyagi közeg rezgései. Terjedésükhöz nincs szükség közegre, sőt, leggyorsabban a vákumban haladnak.

Úgy keletkeznek, hogy a változó elektromos tér változó mágneses teret indukál, majd a változó mágneses tér ismét változó elektromos teret, és így tovább a végtelenségig.
Az elektromágneses hullám esetén nincsenek rezgőmozgást végző részecskék a hullámtérben, ezért a polarizáltságot sem könnyű értelmezni.
Ám ha a rezgés irányát a folyton változó elektromos térerősségvektor irányával azonosítjuk, akkor az elektromágneses hullámok is transzverzális hullámok, tehát lehetnek síkban polarizáltak, vagy összetettebb módon polarizáltak.
A természetes fény nem egyetlen síkban polarizált hullám, mert nem egyetlen jelforrásból származik, hanem sok molekula vagy atom egymástól függetlenül hozza létre különböző síkokban polarizáltan. A természetes fény optikai polárszűrővel polarizálható.

A gravitációs hullámok gyorsuló tömegek miatt alakulnak ki.
Úgy tekinthetjük őket, mint a tér-idő tovaterjedő fodrozódásai. A gravitációs hullám adott ponton való áthaladásának az eredménye a téridő periodikus rövidülése és megnyúlása. Ez csak nagyon pontos műszerekkel mutatható ki, és csak nagyon nagy gyorsuló tömegek, például egymás körül keringő kettőscsillagok kelthetnek számottevő kimutatható gravitációs hullámokat.

Kapcsolódó extrák

Hanghullámok jellemző paraméterei

Animációnk a hullámok legfontosabb paramétereit magyarázza el, hanghullámok segítségével.

Hogyan működik a hangszóró?

A hangszóró az elektromágneses indukció segítségével kelt levegőrezgéseket.

A harmonikus rezgőmozgás és a körmozgás kapcsolata

Az egyenletes körmozgást végző test merőleges vetülete harmonikus rezgőmozgást végez.

Árapályerőmű

A tengerszint napi ingadozását, az árapályt használja fel elektromos áram termelésére.

Átlátszóság

Az animáció magyarázatot ad az átlátszóságra és az átlátszatlanságra, a röntgenvizsgálat elvére, valamint arra, hogy bizonyos anyagok csak bizonyos színű...

Doppler-hatás

Ismert tapasztalat, hogy a közeledő hangforrás hangja magasabb, mint a távolodóé.

Elektromos csengő

Elektromágnes segítségével működő szerkezet.

Földrengés

A földrengés a Föld egyik legpusztítóbb természeti jelensége.

Gravitációs hullám (LIGO obszervatórium)

Ha nagy tömegű testek gyorsulva mozognak, akkor körülöttük fodrozódások keletkeznek téridőben, ezek a gravitációs hullámok.

Magnetron

A mikrohullámú sütő egyik fontos alkotóeleme a magnetron, amely a mikrohullámokat állítja elő.

Radar (Bay Zoltán)

1946-ban a berendezés segítségével sikerült észlelni a Holdról visszavert radarjeleket.

Radioaktivitás

A nem stabil atommagok bomlásának folyamatát nevezzük radioaktivitásnak.

Tengeráramlások

A tengeráramlatok összessége alkotja a nagy óceáni szállítószalagot, amely Földünk éghajlatát nagyban befolyásolja.

Tengerjárás

A Hold gravitációs hatása miatt kialakul a tengerek árapályjelensége.

Tengervíz felszínformálása

A tengervíz, mint külső erő, a tengerpart alakításában játszik szerepet.

A hangképzés

Hangképzéskor a tüdőből kiáramló levegő a hangszalagokat rezgésbe hozza.

Concorde (1969)

Az első, hangsebesség felett is repülő utasszállító gép menetrend szerinti járatai 1976-ban indultak útjukra.

Cunami

Akár több tíz méter magasságú tengeri óriáshullám, amely hatalmas pusztításra képes.

Hogyan működik a komputertomográf?

Az animáció segítségével megismerhetjük a komputertomográf szerkezetét és működését.

Hogyan működik a mikrohullámú sütő?

Az animáció segítségével megismerhetjük a mikrohullámú sütő szerkezetét és működését.

Hogyan működik a szonár?

A kibocsátott hangimpulzusok visszaverődéseinek segítségével alkot képet.

Jellemző fényforrások a lakásban, háztartásban

A jelenet összefoglalja a lakásokban használatos fényforrások működését és tulajdonságait a hagyományos izzótól a LED-égőig.

Kis patkósdenevér

A denevérek ultrahang segítségével vadásznak, tájékozódnak.

Nikola Tesla laboratóriuma (Shoreham, USA)

Az elsősorban elektrotechnikával foglalkozó mérnök-feltaláló kétségkívül a második ipari forradalom egyik legzseniálisabb alakja volt.

Palackorrú delfin

A palackorrú delfinek tengeri emlősök, melyek hangjelzések segítségével tájékozódnak.

A Nap

A Nap átmérője Földünkének kb. 109-szerese. Anyagának nagy része hidrogén.

Kosárba helyezve!