~Bertta~
Tästä aiheesta kirjoittelin jo aikasemmin, mutta kertaus on opintojen äiti. Edellinen kerta oli itseopiskeltu ja tämä on kurssiaiheen kertausta.

Aaltoliike syntyy kun hiukkaset värähtelevät jaksollisesti tasapainoasemansa ympärillä. Tyhjiössä aaltoliike etenee magneettikentän värähtelyinä. Aaltoliike voi olla mekaanista tai sähkömagneettista. Mekaaninen aaltoliike tarvitsee väliaineen edetäkseen. Sähkömagneettinen aaltoliike voi edetä sekä tyhjiössä että väliaineessa. Aalto kuljettaa mukanaan energiaa mutta ei ainetta. Poikittaisessa aaltoliikkeessa väliaineen häiriöt liikkuvat kohtisuoraan aallon etenemissuuntaa vasten. Pitkittäisessä aaltoliikkeessä väliaineen häiriöt liikkuvat aaltoliikkeen suuntaisesti. Pitkittäisessä aallossa on harventumia ja tihentymiä. Tihentymissä paine on suurempi kuin harventumissa.

Aaltoliikettä voidaan määritellä eri suureiden avulla. Aallonpituus kertoo samassa vaiheessa olevien värähtelijöiden välimatkan, kahden peräkkäisen harventuman tai tihentymän välimatkan. Taajuus kertoo kuinka monta aaltoa ohittaa tietyn pisteen sekunnissa. Aineilla on ominaistaajuus, jolla ne mielellään värähtelee. Toinen kappale voi värähdellä samalla taajuudella ja siirtää kappaleeseen energiaa, jolloin se alkaa värähtelemään. Sen amplitudi kasvaa ja siihen varastoituu energiaa. Kappale saattaa jopa mennä rikki. Jaksonaika kertoo, kuinka pitkä aika kuluu yhteen edestakaiseen värähdykseen. Taajuus on jaksonajan käänteisarvo. Taajuus ja jaksonaika riippuvat aallonlähteestä. Aallon nopeus riippuu väliaineesta. Amplitudi on aallon suurin poikkeama tasapainoasemasta. Mitä suurempi ampliduti, sitä suuremman energian aalto kuljettaa.

Kun aalto tulee rajapintaan se heijastuu ja/tai taittuu. Heijastumiskulma on yhtä suuri kuin tulokulma. Jos aalto tulee aalto-opillisesti harvemmasta aineesta, osa heijastuu ja osa taittuu. Heijastuneessa aallossa tapahtuu puolen aallonpituuden vaihesiirto eli aalto heijastuu käänteisenä. Taittunut aalto jatkaa samalla taajuudella eteenpäin.
Jos aalto tulee aalto-opillisesti harvemmasta aineesta tiheampään aineeseen, aalto taittuu pinnan normaaliin päin. Jos aalto tulee aalto-opillisesti tiheämmästä aineesta, aalto taittuu pinnan normaalista poispäin. Kun aalto tulee aalto-opillisesti tiheämmästä aineesta harvempaan, voi tapahtua kokonaisheijastuminen. Silloin koko aalto heijastuu eikä taitu ollenkaan. Taitesuhde on silloin pienempi kuin yksi. Rajakulma voidaan laskea kun taittumislakiin sijoitetaan taittumiskulmaksi sin90 eli 1.

Ääni on mekaanista pitkittäistä aaltoliikettä. Ihmisen kuuloalue on 16 Hz - 20 kHz. Kuuloalueen alapuolella on infraääni ja yläpuolella ultraääni. Äänestä voidaan laskea intensiteett Ii, joka tarkoittaa aallon kuljettamaa energiaa pinta-alaa kohden tietyssä ajassa. Intensiteetin yksikkö on W/m2. Äänelle voidaan laskea myös intensiteettitaso L, jonka yksikkä on dB. Desibelit kasvaa logaritmisesti. 0 dB vastaa 16 Hz. Laskussa käytetään intensiteetin vertailutasoa, joka on 1 pW/m2. Intensiteettitaso ei anna oikeaa kuvaa äänen voimakkuudesta, koska siihen vaikuttaa myös äänen taajuus.

Kahden samanlaisen vastakkaisiin suuntiin liikkuvan aallon yhteisvaikutuksesta syntyy seisova aaltoliike. Seisovassa aaltoliikkeessa on kupu- ja solmukohdat. Suljettuun päähän syntyy aina solmu ja avoimeen päähän kupu. Yhtä aallonpituutta vastaa kaksi kupua. Matalin taajuus vastaa suurinta aallonpituutta ja tätä taajuutta kutsutaan perustaajuudeksi tai perussäveleksi. Kaikki muut taajuudet ovat perustaajuuden monikertoja, harmonisia yläsäveleitä tai yliääniä.

Jos kaksi äänilähdettä värähtelevät melkein samoilla taajuuksilla, tapahtuu interferenssi ja se kuullaan jaksollisesti vaihtelevana voimakkuutena eli huojuntana. Interferenssiaallon taajuus voidaan silloin laskea kaavasta f= I f1-f2 I .
Jos äänilähde ja kuulija liikkuvat toistensa nähden, havaitaan doppler-ilmiö. Silloin kuulija kuulee äänen eri taajuudella kuin millä äänilähde sen lähettää. Doppler-ilmiö havaitaan myös valolla.
Jos äänenlähde liikkuu kovempaa kuin aalto (hävittäjälentokone), syntyy shokkiaalto. Lähde pääsee aallon edelle ja ääniaalto kerääntyy lähteen taakse shokkiaalloksi. Kun aalto tavoittaa kuulijan, kuullaan voimakas paukahdus.

@темы: fysiikka