Seisulaine: erinevus redaktsioonide vahel

Allikas: Vikipeedia
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Helilukner (arutelu | kaastöö)
PResümee puudub
Kollimaator (arutelu | kaastöö)
PResümee puudub
2. rida: 2. rida:
'''Seisulaine''' on laine, mis näiliselt ei liigu. Seisulaine tekib juhul, kui kaks lainet levivad üksteisega vastassuunades. Seisulaine korral [[võnkumine|võnkumiste]] [[energia]] levikut ei toimu. Seisulaine iga punkt võngub kindla [[amplituud]]iga. Punkte, kus amplituud on maksimaalne, nimetatakse seisulaine '''paisudeks'''. Punkte, mis ei võngu (amplituud = 0) nimetatakse seisulaine '''sõlmedeks'''.
'''Seisulaine''' on laine, mis näiliselt ei liigu. Seisulaine tekib juhul, kui kaks lainet levivad üksteisega vastassuunades. Seisulaine korral [[võnkumine|võnkumiste]] [[energia]] levikut ei toimu. Seisulaine iga punkt võngub kindla [[amplituud]]iga. Punkte, kus amplituud on maksimaalne, nimetatakse seisulaine '''paisudeks'''. Punkte, mis ei võngu (amplituud = 0) nimetatakse seisulaine '''sõlmedeks'''.


Laineid juhtiva [[keha]] otstel paikneb alati seisulaine sõlm. Seetõttu peab keha pikkusele L mahtuma [[täisarv]] '''m''' '''poollainepikkus'''i:
Laineid juhtiva [[keha]] otstel paikneb alati seisulaine sõlm. Seetõttu peab keha pikkusele L mahtuma [[täisarv]] '''m''' '''poollainepikkusi:'''


:<math> L = \frac{\lambda}{2} m </math> <math> \implies \lambda_m = \frac{L}{2m} </math>
:<math> L = \frac{\lambda}{2} m </math> <math> \implies \lambda_m = \frac{L}{2m} </math>

Redaktsioon: 11. juuni 2018, kell 10:10

Punased punktid on seisulaine sõlmed

Seisulaine on laine, mis näiliselt ei liigu. Seisulaine tekib juhul, kui kaks lainet levivad üksteisega vastassuunades. Seisulaine korral võnkumiste energia levikut ei toimu. Seisulaine iga punkt võngub kindla amplituudiga. Punkte, kus amplituud on maksimaalne, nimetatakse seisulaine paisudeks. Punkte, mis ei võngu (amplituud = 0) nimetatakse seisulaine sõlmedeks.

Laineid juhtiva keha otstel paikneb alati seisulaine sõlm. Seetõttu peab keha pikkusele L mahtuma täisarv m poollainepikkusi:

Kui järku tähistav suurus m = 1, on tegemist põhitooniga, kui m > 1, siis vastava ülemheliga.

Seisulaine järgud

Seisulaine järk kasvab, kui kehal pikkusega L hakkavad levima suurema sagedusega ehk lühema lainepikkusega lained. Kõrgemaid järke seisulaineid nimetatakse ülemhelideks. Näiteks instrumentide tämber sõltub ülemhelide arvust ja suhtelisest tugevusest.

Seisulainet on võimalik modelleerida kahest otsast kinnitatud nöörina: Mida kõrgema sagedusega laineid tekitada ehk mida kiiremini liigutada nööri ühest otsast ülesse-alla, seda rohkem sõlmi ja paise tekib ehk seda kõrgemat järku seisulainet näeme.
Sagedus Järk Laine amplituudi kujutamine Gaasi molekulide liikumine helilaine puhul
1 × f = 440 Hz n = 1
2 × f = 880 Hz n = 2
3 × f = 1320 Hz n = 3
4 × f = 1760 Hz n = 4

Seisulained looduses

Seiši tekkimise põhimõtte graafiline kujutus; punane joon tähistab seisulainet (seiši)
Aatomituuma ümbritseva elektroni energiatasemetele vastavad seisulained.

Veelained

Seiš on seisulaine, mis saab tekkida suletud või osaliselt suletud veekogus, nagu järves, veehoidlas, lahes ja nii edasi. Seišilaine tekkimise põhimõte seisneb selles, et mingi välismõju ajel tekkinud lainetus põrkab kaldalt veekogusse tagasi, kus toimub vastassuunaliste lainete liitumine ehk interferents. Enamasti on välismõjudeks tuul, õhurõhk, looded või ka maavärinad.

Helilained

Seisulained tekitavad helisid. Andes metallvardale mehaanilise löögi, hakkavad vardasse tekkima kõik erineva sagedusega võnkumised ning ka kõik erinevat järku seisulained. Sõltuvalt varda kinnihoidmise kohast jäävad võnkuma ainult seisulained, millel on sõlm kinnihoidmise kohas. Need seisulained tekitavad inimkõrvale kuuldava varda helisemise.

Kui hoida metallvarrast täpselt keskelt ning lüüa varrast haamriga, jääb vardas võnkuma teist järku seisulaine, mis paneb varda kõlama teist järku seisulainele iseloomulikult. Hoides keskelt, on näpud teist järku seisulaine jaoks sõlme asukohas ning seetõttu ei summuta varda kinnihoidmine lainet.

Elektroni seisulained

Aatomituuma ümbritsev elektron moodustab ka seisulaine. Elektroni hoiavad kinni tuuma tõmbejõud, ning selle energiatasemed on diskreetsed, kvanditud. Selline elektron sarnaneb otstest kinnitatud pillikeelega, millel saavad tekkida üksnes teatud kindlate, diskreetsete sageduste (ja lainepikkustega) seisulained. Need lubatud sagedused on määratud kvantarvudega 1, 2, 3, ... ja nii edasi.

Nähtav valgus

Seisulaineid leidub ka optikas, nagu näiteks lainejuhtides, optilistes resonaatorites või interferomeetrites. Kuna nähtava valguse lainepikkus on väga lühike, suurusjärgus 10−7 m, saab seisulainete abil mõõta interferomeetriga vahemaid ülisuure täpsusega.

Laseri üks tähtsam komponent on optiline resonaator ehk kaks vastamisi paiknevat peeglit. Optilise resonaatori peeglite vahel on laseris valgust võimendav keskkond, näiteks ergastatud kristalliline aine, milles valguse neeldumisel on elektronid viidud kõrgematele energiatasemetele. Kui ergastatud elektroniga sarnase energiaga valgus möödub kõrgema energiaga elektronidest, siirduvad elektronid tagasi madalamale energiatasemele, kiirates selle tulemusena mööduva valgusega koherentset valgust ning seega võimendades pealelangevat valgust. Pideva võimenduse saavutamiseks viiakse keskkonda energiat ehk nn. pumbatakse võimendavas keskkonnas elektrone pidevalt kõrgematele energiatasemetele. Vastamisi paiknevate peeglite tõttu liigub valgus mõlemas suunas, tekitades resonaatoris seisulaine. Optilise resonaatori üks peegel on poolläbipaistev, võimaldades osal valgusest laserist välja kiirguda.

Röntgenikiirgus

Kahe röntgenikiire liitumisel ehk interferentsil võib tekkida röntgenikiirguse seisulaine. Röntgenkiirguse lühikese lainepikkuse tõttu (alla 1 nanomeetri), saab seda fenomeni kasutada, et teha aatomi suurusjärgus mõõtmisi näiteks materjalide pindade uurimisel. Röntgenkiirguse seisulaine tekib, kui röntgenkiir interfereerub kas monokristalli võrelt difrakteerunud röntgenkiirega või röntgenkiirguse jaoks mõeldud peeglilt peegeldunud röntgenkiirega. Muutes röntgenkiirguse seisulaine omadusi, muutub pinna aatomite tekitatud röntgenkiirguse fluorestsents või fotoelektronide teke, mille analüüsimise kaudu on võimalik saada infot pooljuhtide lisandite kohta või pindade atomaarse ja molekulaarse adsorbtsiooni kohta.

Pikilainete seisulaine kujutamine helilaine näitel

Fail:Standing.gif
Üleval on toodud gaasi molekulide liikumine. Keskmine graafik näitab üksiku molekuli kaugust tasakaalu asendist ehk osakese vasakule-paremale võnkumist. Alumine graafik näitab antud punktis olevat rõhku ehk osakeste tihedust. Tähtis on täheldada, et viimased kaks graafikut on omavahel veerand perioodi nihkes.

Helilained on pikilained. Pikilainete seisulainete kujutamisel on alati tähtis märkida, millist suurust tähistatakse y-teljel.

Helilainete puhul on võimalik y-teljel näidata kas gaasi molekuli kaugust tasakaaluasendist või uuritavas punktis olevat rõhku.

Sõltuvalt y-telje valikust on näiteks võimalik, et toru kinnises otsas on ühel graafikul sõlm ja teisel graafikul pais, sest y-teljel olevad suurused võivad olla veerand perioodi nihkes.

Viited

http://www.exo.net/~pauld/summer_institute/summer_day11sound/ringing%20_Al_rod.html. (31.05.18)

http://www.acs.psu.edu/drussell/demos/standingwaves/standingwaves.html. (31.05.18)

https://en.wikipedia.org/wiki/Harmonic (31.05.18)

https://en.wikipedia.org/wiki/Standing_wave (06.06.18)