ŽDU

Ako sa hýbu vlny

Nie všetky veci sa hýbu naraz. Niektoré sa dokážu hýbať aj po častiach. Takémuto pohybu hovoríme vlny. A stretávame sa s nimi na každom kroku. O niektorých vieme, vidíme ich, napríklad vlny na strune, vo vode (obr. 1), o iných ani len netušíme, kde sú a kde všade nás nájdu. Stačí mať len zapnutý mobil, či rádio a už od nás odchádzajú alebo k nám prichádzajú neviditeľné vlny.

Vlny na mori Obr. 1 Vlny na mori
Vlny na jazere Obr. 2 Vlny na jazere

Čo sú to teda vlny, ako vznikajú a hýbu sa? O tom si o chvíľu porozprávame. Ale keďže vĺn okolo nás je naozaj neúrekom, budeme sa najprv venovať tým vlnám, ktoré vidíme a v ďalších prednáškach tým neviditeľným. Kde všade ste sa už stretli s vlnami? Kto bol pri mori, istotne videl morské vlny. Stalo sa vám už niekedy, že ste videli letieť lietadlo na oblohe (obr. 3) a počuli ste ho až po chvíli?

Aj od lietadla sa šíria vlnky Obr. 3 Od lietadla pohybujúceho sa nadzvukovou rýchlosťou sa šíria zvukové vlnky

Alebo prejsť loď po jazere a za chvíľu k vám dorazili vlnky (obr. 4)?

Vlnky za loďkami Obr. 4 Vlnky za loďkami

Prípadne počuli sanitku skôr, ako okolo vás prešla (obr. 5)? Prečo?

Zvukové vlny od pohybujúcej sa sanitky Obr. 5 Aj od pohybujúcej sa sanitky v smere šípky sa šíria zvukové vlnky

To sa pokúsime vysvetliť si teraz na nasledujúcom pokuse. Použijeme pri tom dlhú gumenú hadicu. Jeden jej koniec priviažeme o kľučku dverí, natiahneme hadicu a druhým koncom, ktorý držíme v ruke, zalomcujeme (kmitneme rukou). Čo pozorujeme? Hadicou sa začne šíriť kopček, ktorý sa priblíži až ku kľučke, pri nej sa odrazí, otočí sa a pohybuje sa späť k našej ruke (obr. 6).

Lomcovanie hadicou Obr. 6 Pri zalomcovaní hadicou vznikne vlnka, ktorá keď dorazí na upevnený koniec odrazí sa a vracia sa späť.

Ak takto budeme pravidelne lomcovať hadicou (kmitať rukou) hore a dolu, začnú sa hadicou šíriť vlnky, prípadne sa budú isté časti hadice len preklápať (obr. 7 - vlnenie sa pružinky).

Zvlnenie pružinky Obr. 7 Ako možno pružinku zvlniť, keď ňou budeme kmitať hore a dolu.

Prečo sa teda pohybuje aj opačný koniec hadice, keď my kmitáme len koncom v našej ruke? Hadicu si môžeme predstaviť ako veľké množstvo teliesok, ktoré sú navzájom pospájané (ako oká reťaze) a hýbu sa samostatne. Keď sa vychýlia telieska na začiatku, ich pohyb sa postupne prenáša od jedného telieska k druhému až na opačný koniec hadice. Toto teliesko sa "odovzdaním" pohybu zastaví. Tak sa hadicou šíri vlna. Samozrejme, že lomcovanie hadicou musí byť dostatočne výrazné a rýchle (doba vytvorenia jedného kopčeka má byť kratšia, ako doba prechodu vlny na koniec hadice), inak nevznikne vlnka, ale prejaví sa to ako pohyb celej hadice. Ak budeme hadicou neustále lomcovať, vzniknú vlnky, ktoré sa budú pohybovať na jeden koniec, odrazia sa späť, môžu sa skladať, preklápať sa, meniť počet kopčekov a jamiek a všeličo iné. Záleží len od vás, čo všetko im dovolíte. Čo by sa tak asi stalo, keby som držal v ruke niekoľko takýchto hadíc, každú mal otočenú iným smerom a začal by som nimi lomcovať. Čo myslíte? Ako už viete z prvého pokusu, hadicami by sa začali šíriť vlny do priestoru. A keby som mal takýchto hadíc veľké množstvo a zalomcoval by som nimi, hadicami by sa začali šíriť kopčeky, ktoré by v priestore vytvárali kruhy. To isté vidíme, keď hodíme kameň do jazera - zalomcujeme vodnou hladinou. Z miesta dopadu kameňa sa začnú šíriť vlny. Čo všetko však takéto vlnky dokážu? Ako vidieť z obrázka (obr. 8), môžu sa skladať, odrážať sa.

Skladanie vĺn na vodnej hladine Obr. 8 Skladanie vĺn na vodnej hladine

Sú však aj také vlnky, ktoré nemajú kopčeky a jamky, ale ich telieska sa len približujú k sebe a vzďaľujú od seba, podobne ako struny pružiny (obr. 9).

Pohyb struny Obr. 9 Struna sa nepohybuje celá naraz - tá časť struny, ktorá sa pohybuje, "rozhýbe" susednú časť a sama sa tým zastaví.

Takto sa šíria vlny vo vzduchu, podobne, ako keď pružinu stlačíme a hneď ju zase pustíme. A môžeme ich pozorovať ("počúvať"), keď nad našimi hlavami preletí lietadlo. Už sme si rozprávali o vlnách vo vode, vo vzduchu a čo myslíte, môžu sa vlny šíriť aj v pevných látkach? Odpoveď je, že môžu. Napríklad v oceľovej tyči či koľajniciach. Podľa šíriacich sa vĺn niekedy ľudia zisťovali, či už ide vlak. Ak bolo počuť zvuk v koľajniciach, znamenalo to, že vlak sa už blíži. Ale v dnešnej dobe by som to radšej neskúšal, pretože niektoré vlaky sa pohybujú tak rýchlo, že môžu súťažiť opreteky so zvukom, ktorý vydávajú. A nielen vlaky, ale aj lietadlá, tie nadzvukové (obr. 10, 11) totiž dokážu predbehnúť aj zvuk, ktorý samé vydávajú.

Concorde Obr. 10 Nadzvukové lietadlo Concorde sa dokáže pohybovať dvakrát rýchlejšie ako zvuk vo vzduchu.
Test Concorde Obr. 11 Aj Concorde vytvára vlny, ktoré my síce nevidíme, no možno ich však vidieť pri testovaní lietadiel v aerodynamickom tuneli, ale počujeme ich, keď dorazia k zemi ako veľký tresk.



Naspäť