Viļņi

svārstība, kas izplatās laikā un telpā
Šis raksts ir par svārstību izplatīšanos laikā un telpā vispārīgi. Par viļņiem uz ūdens virsmas skatīt rakstu ūdens viļņi.

Viļņi ir svārstības, kuras izplatās laikā un telpā, pārnesot enerģiju. Viļņus iedala divās lielās kategorijās: mehāniskie viļņi un elektromagnētiskie viļņi. Mehāniskie viļņi var izplatīties tikai vidē, savukārt, elektromagnētiskie viļņi var arī vakuumā. Viļņi izplata enerģiju no viena punkta uz otru, parasti tikpat kā nemaz nepārvietojot pašu vielu.

Viļņi uz ūdens virsmas.

Mehāniskie viļņiLabot

 
Izplatoties vilnim, pati viela nepārvietojas, taču vilnis pārnes vides deformāciju un viļņa avota atdoto deformācijas enerģiju

Mehāniskos viļņus rada viļņa avots, svārstībā esošs ķermenis, un nodrošina elastības spēki. Šie spēki veido saiti starp atsevišķām ķermeņa daļām. Piemēram, uz ūdens virsmas viļņi rodas smaguma spēka un virsmas spraiguma spēka iedarbībā.

Mehānisko viļņu kustības galvenās īpatnības vislabāk ir saskatāmas viļņiem, kuri veidojas uz ūdens virsmas. Viļņi veļas uz priekšu ar ieapaļiem vāliem. Attālumi starp vāliem ir aptuveni vienādi. Taču, ja ūdenī iemet kādu vieglu priekšmetu, tad vilnis to nenes uz priekšu. Šis priekšmets sāk svārstīties uz augšu un uz leju, palikdami gandrīz uz vietas.

Vilnim izplatoties, pārvietojas nevis viela, bet gan svārstībā esošās vides noteiktais stāvoklis.

Šķērsvilnis jeb transversāls vilnis ir vilnis, kurā daļiņas svārstās perpendikulāri svārstību izplatīšanās virzienam, šāda veida viļņi izplatās cietvielās un pa šķidrumu virsmu. Garenvilnis jeb longitudinālais vilnis ir vilnis, kurā daļiņas svārstās paralēli svārstību izplatīšanās virzienam, šī veida viļņi izplatās cietās, šķidrās un gāzveida vielās.

Viļņa fronte ir virsma, uz kuras visām vides daļinām ir vienāda svārstību fāze. Sākotnējā fronte veidojas, tiekot iesvārstītām tām vides daļiņām, kas atrodas tiešā kontaktā ar viļņu avotu. Svārstību kustībā tiekot iesaistītām tālākām daļiņām, viļņa fronte pārvietojas telpā. Ja viļņu avots ir nekustīgs un izplatības vide ir viendabīga (homogēna), tad viļņa frontei ir avota virsmas simetrija. Attālumu, ko laika vienībā veic viļņa jebkura fronte, sauc par viļņa fāzes ātrumu. Fāzes ātruma vektora   virziens sakrīt ar viļņa izplatīšanās virzienu, kurš ir perpendikulārs viļņa frontei.

Viļņa izplatīšanās ātruma formulas
Vilnis Cietvielās Šķidrumos Gāzēs
Šķērsvilnis  
Garenvilnis      
 bīdes modulis,  elastības modulis,  blīvums,   — adiabātiskās saspiežamības koeficients,  spiediens,  

Ja viļņa avota svārstību frekvence ir pastāvīga ( ), tad vidē izplatās monohromatisks vilnis, kurā jebkuru telpas punktu ik pēc vienādiem laika intervāliem (periodiem  ) šķērso viļņa fronte, kurai vides daļiņu virziens un fāze (novirze no līdzsvara stāvokļa) atkārtojas. Viļņa garums   ir attālums, kuru viena svārstību perioda laikā veic viļņa fronte. Ja viļņa avots un vide, kurā izplatās vilnis, atrodas savstarpējā miera stāvoklī,  , kur   ir viļņa izplatīšanās ātrums.

Viļņu veidiLabot