Transversale og longitudinale bølger

Fysik B · STX · B-niveau · Bølger og optik

⚛️ Transversale og longitudinale bølger

Bølge = forplantning af energi gennem et medium (eller vakuum) UDEN net transport af materie. Klassificeres efter forhold mellem svingnings-retning og forplantningsretning.

Transversal bølge: svingningsretning VINKELRET på forplantningsretning.

Eksempler

1. Lys + alle elektromagnetiske bølger (radio, mikrobølger, IR, synligt, UV, X, γ). E-felt + B-felt svinger vinkelret på udbredelsesretning + på hinanden.

2.

Bølger på snor — slå snor op-og-ned, bølge løber langs.

3. Vandbølger på overflade (delvist transversal, delvist longitudinal — vand-molekylerne bevæger sig i cirkler).

4. Seismiske S-bølger (sekundær — kun gennem fast stof).

Karakteristisk for transversale: kan POLARISERES (begrænse svingningsretning til ét plan). Polariseringsbriller, LCD-skærme.

Longitudinal bølge: svingningsretning PARALLEL med forplantningsretning. Også kaldet trykbølger.

Eksempler

1. Lyd i luft, vand, faste stoffer — molekyler komprimeres + udvides langs udbredelsesretning.

2. Seismiske P-bølger (primær — gennem alle medier, hurtigste).

3. Ultralyd (>20 kHz, brugt i medicinsk billeddannelse).

Karakteristisk for longitudinale: kan IKKE polariseres. Kræver MEDIUM (kan ikke transmitteres gennem vakuum).

Bølge-formler: v = f·λ, hvor v = bølgehastighed (m/s), f = frekvens (Hz), λ = bølgelængde (m).

Periodetid: T = 1/f.

Bølgehastigheder:

• (a) Lyd i luft: ~343 m/s ved 20°C.
• (b) Lyd i vand: 1.480 m/s.
• (c) Lyd i jern: 5.130 m/s.

Læringsmål

• Anvende bølgeligning v = fλ
• Forklare stående bølger og resonans
• Anvende Snells lov n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• Anvende afbildningsligning 1/f = 1/d_o + 1/d_i
• Forklare Doppler-effekten

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar forskellen mellem en transversal og en longitudinal bølge
• Giv et eksempel på hver bølgetype fra hverdagen eller naturen
• Tegn en transversal og en longitudinal bølge, og markér bølgelængde for hver

Eksperiment-forslag

• Lav transversale bølger på en spændt snor med en ryste-motor, og fotografér bølgemønstret for at måle bølgelængden ved forskellige frekvenser.
• Demonstrer polarisation med to polarisationsfiltre — drej det ene 90° og observer, hvordan lyset blokeres. Forklar hvorfor lyd ikke kan polariseres.
• Lyt til et stetoskop eller en metalstang, og diskuter hvorfor lyd bevæger sig hurtigere gennem faste stoffer end gennem luft (ud fra v = √(K/ρ)).

Brobygning

Med bølgetyperne på plads er næste skridt at koble bølgelængde, frekvens og hastighed sammen i den fundamentale bølgeligning. Næste emne er 'Bølgeligning v = fλ'.