▷ Golf (natuurkunde)

In dit artikel wordt uitgelegd wat golven in de natuurkunde zijn en wat hun kenmerken zijn. Je zult dus de definitie van een golf in de natuurkunde vinden, voorbeelden van golven, wat de elementen van golven zijn en, ten slotte, wat zijn de verschillende soorten golven in de natuurkunde.

Wat is een golf in de natuurkunde?

In de natuurkunde is een golf een verstoring die zich door de ruimte voortplant en energie draagt, maar zonder materie te transporteren. Met andere woorden, een golf is een agitatie die zich voortbeweegt door een ruimte die, na het passeren van de golf, dezelfde blijft als zijn oorspronkelijke toestand.

Over het algemeen zijn de golven die in de natuurkunde worden bestudeerd harmonische en periodieke golven, wat betekent dat hun grafiek zich cyclisch in de tijd herhaalt en kan worden gedefinieerd door een sinus- of cosinusfunctie.

Sommige golven vereisen een materieel medium om te worden getransporteerd, terwijl andere in een vacuüm kunnen worden getransporteerd. Hieronder zullen we zien wat de verschillende soorten golven zijn.

Voorbeelden van golven

Nu we de betekenis van een golf in de natuurkunde kennen, gaan we eens kijken naar verschillende voorbeelden van alledaagse golven om het concept beter te begrijpen.

Voorbeelden van golven:

Geluidsgolven.
Rimpelingen die op het wateroppervlak ontstaan als er een steen wordt gegooid.
De golf die wordt gegenereerd door de trilling van een snaar.
Golven verspreiden zich over een pier.
Elektromagnetische golven.

Elementen van een golf

De elementen of delen van een golf zijn:

Verlenging (y) : is de afstand tussen de positie van de golf en zijn evenwichtspositie.
Amplitude (A) : is de afstand tussen maximale extensie en zijn evenwichtspositie.
Crest : elk van de hoogste punten van de golf.
Vallei : elk van de laagste punten van de golf.
Cyclus of oscillatie : het is het pad van de golf van het ene punt naar het volgende gelijkwaardige punt.
Golflengte (λ) : is de afstand die twee opeenvolgende equivalente punten van de golf scheidt.
Periode (T) : is de tijd die nodig is om een volledige oscillatie te voltooien.
Frequentie (f) : is het aantal oscillaties of trillingen dat de golf per tijdseenheid maakt.

$f=\cfrac{1}{T}$

Hoekfrequentie (of pulsatie) (ω) : dit is de snelheid waarmee de golf oscillaties uitvoert.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

Golfgetal (k) : wordt gedefinieerd als het aantal cycli dat wordt uitgevoerd over een lengte van 2π meter.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

Voortplantingssnelheid (v) : dit is de snelheid waarmee de golf zich voortplant.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

vergelijking van een golf

In de natuurkunde is de vergelijking voor een golf y(x,t) = A sin(k x ± ω t + φ ₀ ). Deze formule wordt gebruikt om de verlenging van de golf op een specifieke positie en een specifiek tijdstip te berekenen.

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

Goud:

$y$

is de verlenging van de golf.
$A$

is de amplitude van de golf.
$x$

is de afstand vanaf het bestudeerde punt tot de oorsprong van de golf.
$k$

is het golfgetal.
$\omega$

is de hoek- of pulsatiefrequentie.
$t$

is het moment van de tijd.
$\phi_0$

is de beginfase van de golf.

Het teken voor de hoeksnelheid bepaalt de voortbewegingsrichting van de golf. Als het teken negatief is, betekent dit dat de golf zich naar rechts voortplant. Als het teken daarentegen positief is, betekent dit dat de golf zich naar links voortplant.

Opmerking: Houd er rekening mee dat er in de natuurkunde verschillende manieren zijn om de vergelijking van een golf uit te drukken, dus deze kan ook worden uitgedrukt door een cosinusfunctie. De meest gebruikte formule is echter de functie die in dit artikel wordt uitgelegd.

Soorten golven

In de natuurkunde zijn er verschillende manieren om golven te classificeren, dus hieronder zullen we zien wat de verschillende soorten golven zijn volgens de criteria die worden gebruikt om ze te classificeren.

Volgens de voortplantingsafmetingen

Eendimensionale golven : de golf plant zich slechts in één richting voort.
Tweedimensionale golven : de golf plant zich voort in twee dimensies, dat wil zeggen langs een oppervlak.
Driedimensionale golven : de golf plant zich voort in drie dimensies, dat wil zeggen door de ruimte.

Afhankelijk van de richting van de trillingen

Longitudinale golven : de richting van oscillaties is dezelfde als de voortplantingsrichting van de golf.
Transversale golven : de richting van de oscillaties staat loodrecht op de voortplantingsrichting van de golven.

Afhankelijk van het medium

Mechanische golven : de golf heeft een materieel medium nodig om zich voort te planten.
Elektromagnetische golven : de golf kan zich voortplanten in een vacuüm.

Volgens zijn frequentie

Periodieke golven : de golfgrafiek herhaalt zich cyclisch.
Niet-periodieke golven : De golf oscilleert vrij zonder een cyclisch patroon te volgen.

Voor een meer gedetailleerde uitleg en voorbeelden van elk golftype klikt u op de volgende link:

➤ Zie: Soorten golven in de natuurkunde