Unde mecanice

O perturbaţie provocată într−un punct al suprafeţei apei se propagă în toate direcţiile, fronturile de undă fiind cercuri concentrice (cu centrul în locul perturbaţiei iniţiale) şi a căror rază creşte în timp (figura 1C4−1).

Fig. 1C4-1. Undele care se propagă pe suprafaţa apei de la o perturbaţie punctiformă.

Christian Huygens (cel care a perfecţionat ceasurile) a propus, la mijlocul secolului al XVII−lea, o explicaţie a propagării undelor (figura 1C4−2):

Principiul lui Huygens: Fiecare punct al frontului unei unde devine o sursă secundară de perturbaţii, de la care se propagă unde secundare, în toate direcţiile.

Noul front de undă este înfăşurătoarea (tangenta comună) a fronturilor de undă secundare.

Fig. 1C4-2. Explicatia propagării undelor, propusă de către Huygens.

Folosind principiul lui Huygens, poţi anticipa cu uşurinţă propagarea unei unde într−un mediu multidimensional.

Provocarea 1C4−1

Frontul unei unde este, la un moment dat, un plan.

Cum te aştepţi să fie frontul undei, după încă un ciclu al acesteia?

Într−o reprezentare bidimensională, segmentul AB este intersecţia dintre frontul de undă plan şi suprafaţa desenului (figura 1C4−3).

Fig. 1C4-3. Propagarea unui front de undă plan.

Conform principiului lui Huygens, fiecare punct al frontului de undă AB reprezintă câte o sursă secundară de perturbaţii. De la fiecare dintre acestea se propagă unde secundare (cercuri în desenul din figura 1C4−3).

După un ciclu, raza fronturilor de undă secundare este egală cu o lungime de undă. Noul front de undă va fi tangenta comună A'B' a acestor fronturi de undă secundare: un plan aflat la o lungime de undă de precedentul.

Provocarea 1C4−2

Frontul plan al unei unde se îndreaptă către o discontinuitate a mediului, ca în figura 1C4−4.

Încotro te aştepţi să se propage unda după reflexia pe discontinuitate?

Fig. 1C4-4. Un front plan se îndreaptă către o discontinuitate a mediului.

Punctele mediului aflate la graniţa discontinuităţii vor intra, rând pe rând în osiclaţie, pe măsură ce frontul de undă incident ajunge la acestea (figura 1C4−5).

Fig. 1C4-5. Reflexia unui front de undă plan. Reprezentările succesive corespund câte unui ciclu al undei.

Reflexia se produce simetric faţă de normala la suprafaţa discontinuităţii: direcţia undei incidente şi direcţia undei reflectate sunt simetrice faţă de normala la suprafaţa discontinuităţii.

Figura 1C4−6 prezintă fotografia undelor pe suprafaţa apei care se reflectă pe o discontinuitate.

Şi tu poţi realiza astfel de fotografii, folosind o cuvă cu apă şi un generator de unde! Accesează aceste instrucţiuni pentru a realiza o cuvă pentru studiul undelor.