Par svārstībām sauc tādu kustību, kurā no stabila stāvokļa izvirzīts ķermenis periodiski atgriežas tajā. Svārstību pastāvēšanu nosaka divi galvenie faktori: 1) inerce, kuras dēļ ķermenis cenšas saglabāt nemainīgu kustības ātrumu un nav momentāni apstādināms, un 2) ķermenim pieliktā atgriezējspēka darbība, kas bremzē kustību. Svārstības raksturo frekvence un amplitūda. Svārstības ir regulāri atkārtojošies kustības. Atkārtojumu skaitu vienā sekundē sauc par svārstību frekvenci. Viens cikls sekundē ir viens hercs, kuru apzīmē ar Hz. Lidojošai bitei spārni svārstās augšup un lejup 150 reižu sekundē, tātad svārstību frekvence ir 150 Hz, un to dzird kā dūkoņu.
Dabā ir ļoti daudz periodisku kustību. Svārstās koka zars, ja no tā aizlido putns, svārstās metāla lineāls, ja tā viens gals nostiprināts, bet otru izkustina utt.
Diegā iekārta lodīte un atsperē iekārts atsvars pirms svārstību izraisīšanas atrodas miera stāvoklī jeb līdzsvara stāvoklī. Pēc iesvārstīšanas ķermenis, virzoties gan uz vienu, gan otru pusi, periodiski iziet caur līdzsvara stāvokli.
Ķermeņa periodisku kustību ap līdzsvara stāvokli sauc par mehānisku svārstību.
Svārstību kustību raksturojošie lielumi. Apskatot dažādus svārstību piemērus, redzējām, ka pēc zināma laika ķermenis ieņēma iepriekšējo stāvokli un turpināja kustēties. Tādu svārstību sauc par pilnu svārstību.
Piemēram, lodīte vienu pilnu svārstību ir veikusi tad, ja tā no līdzsvara stāvokļa punktā A izvirzījusies pa kreisi (1. att.) līdz punktam B, tad gājusi pa labi atpakaļ caur līdzsvara stāvokli A, nonākusi punktā C, bet pēc tam, atpakaļ ejot pa kreisi, sasniegusi atkal līdzsvara stāvokli punktā A.
Laika sprīdi, kādā ķermenis veic vienu pilnu svārstību, sauc par svārstību periodu un apzīmē ar T.
Pilno svārstību skaitu, ko ķermenis veic vienā laika vienībā (sekundē), sauc par svārstību frekvenci.
Svārstību frekvenci apzīmē ar grieķu burtu .
Starp svārstību periodu un frekvenci pastāv līdzīga sakarība kā vienmērīgā kustībā pa riņķa līniju.
Svārstību frekvence ir periodam apgrieztais lielums .
Par svārstību frekvences vienību pieņem tādu frekvenci, kad vienā sekundē tiek veikta viena svārstība. Šo vienību sauc par hercu (Hz).
1Hz = 1s -1 .
Ķermeņa attālumu no līdzsvara stāvokļa svārstību kustībā sauc par novirzi.
Vislielāko novirzi no līdzsvara stāvokļa sauc par svārstību amplitūdu un to apzīmē ar A.
Novirze svārstību kustībā nepārtraukti mainās. Novirze raksturo ķermeņa stāvokli svārstību kustībā. Apskatīsim piemēru, kad pa horizontālu stienīti slīd lodīte, kurai vidū izurbts caurums, un tā piestiprināta horizontāli novietotai stieplei. Koordinātu X asi vērsīsim paralēli balsta stienītim.
Novirze x vienlaikus ir arī koordinātas izmaiņa. Lodītes līdzsvara stāvokli uz ass norāda sākumpunkts x = 0. Izvirzot lodīti pa kreisi no sākuma stāvokļa attālumā x = – A, atspere tiek saspiesta, bet pēc tās atbrīvošanas lodīte sāk svārstīties. Koordināta x norāda lodītes atrašanās vietu jebkurā laika momentā.
Harmoniskās svārstības
Vērojot svārstību kustību, var konstatēt, ka tā nav vienmērīga. Tā, lodītes ātrums līdzsvara stāvokļa tuvumā ir lielāks nekā tad, ja tā ir novirzījusies tālāk no līdzsvara stāvokļa. Noskaidrosim, kā mainās novirze atkarībā no laika. Izveidosim iekārtu, kāda redzama 3. attēlā. Iekārsim piltuvi divos diegos. Zem piltuves vienmērīgi pārvietosim kartona sloksni. Piltuvē iebērsim sausas smiltis un iesvārstīsim to. Smilšu strūkla uz kartona uzzīmēs svārstību novirzes atkarībā no laika. Redzams, ka izveidojies grafiks ir līdzīgs sinusoīdai. Tātad svārstību novirze atkarībā no laika mainās pēc sinusa likuma.
Svārstības, kurās novirze atkarībā no laika mainās pēc sinusa vai kosinusa likuma, sauc par harmoniskām svārstībām.
Šo svārstību novirzi (koordinātu x) apraksta funkcija, kuras atkarību no laika izsaka vienādojums , kur A – svārstību amplitūda, T – periods. Šī funkcija grafiski parādīta 4. attēlā.
Harmonisko svārstību kustības vienādojumu var iegūt, ja salīdzina svārstību kustību ar vienmērīgu kustību pa riņķa līniju.
Veiksim šādu mēģinājumu. Pieņemsim, ka maza lodīte piestiprināta diskam, kuru vienmērīgi griež (5. att.). Blakus iekārtai novieto ekrānu, lai ar gaismas staru kūli varētu projicēt lodītes ēnas kustību uz ekrāna. Savukārt līdzās diskam novietosim atsperē iekārtu atsvaru. Iesvārstīsim atsvaru tā, lai tā svārstību amplitūda būtu vienāda ar riņķa līnijas rādiusu, pa kuru riņķo lodīte. Mainot lodītes apriņķošanas ātrumu, var panākt, ka atsvara ēna un lodītes ēna uz ekrāna veic vienādas svārstības. Tām ir vienādi svārstību periodi, kā arī jebkurā laika momentā vienādas novirzes no līdzsvara stāvokļa.
Lai noskaidrotu, kā mainās novirze jeb koordināta x atkarībā no laika, aplūkosim lodītes kustību pa riņķa līniju un tās projekcijas – ēnas kustību uz ekrāna. Apskatīsim 6. attēlu, kurā attēlota lodītes un tās ēnas kustība. Kad lodīte atrodas punktā O, tās ēnas atrodas “līdzsvara” stāvoklī punktā O`. Pēc laika sprīža t lodīte, vienmērīgi kustoties pa riņķa līniju, nonāk punktā B, bet tās ēna – punktā B`, kas atrodas attālumā x no līdzsvara stāvokļa O`.
Punktā B novilksim rādiusu, kura garums sakrīt ar amplitūdu A. Ja 5. attēlā parādīto iekārtu apgaismojam ar paralēliem stariem, tad var pieņemt, ka BD = x, bet no trijstūra BCD var noteikt, ka . No matemātikas kursa zināms, ka radiānos izteiktais leņķis ir vienāds ar loka garuma l attiecību pret riņķa līnijas rādiusu A:
Vienmērīgā kustībā pa riņķa līnijas loku noietais attālums ; , tādēļ un .
Harmonisko svārstību kustību apraksta svārstību novirzes vienādojums .
Matemātiskais svārsts.
Novērojot dažāda garuma svārstu svārstības, var ievērot, ka to svārstību periodi ir atkarīgi no svārstu garuma. Tomēr reālu svārstu gadījumā nav īsti skaidrs, ko pieņemt par svārsta garumu. Tā, piemēram, pārbīdot sienas pulksteņa svārsta disku uz augšu vai uz leju pa stieni, var izmainīt tā svārstību periodu, bet svārsta stieņa garums paliek nemainīgs. Tā īpašību pētīšanai izmanto matemātiskā svārsta modeli – nelielu, smagu, piemēram, svina lodīti, kas iekārta smalkā, garā un neizstiepjamā diegā.
Matemātiskā svārsta svārstību likumi. Svārstību formula.
Matemātiskā svārsta īpašības var formulēt ar diviem likumiem:
1.Matemātiskā svārsta svārstību periods nav atkarīgs ne no tā amplitūdas, ne no svārsta masas, ja svārsta vēziena leņķis ir mazs.
2.Matemātiskā svārsta svārstību periods ir tieši proporcionāls kvadrātsaknei no svārsta garuma un apgriezti proporcionāls kvadrātsaknei no brīvā krišanas paātrinājuma.
Matemātiskā svārsta vienkāršas svārstības periodā aprēķināšanas formula ir šāda:
Fiziskais svārsts
Fiziskais svārsts. Matemātiskā svārsta svārstību likumus var izmantot tādu ķermeņu svārstību aprakstam, kuru izmēri ir mazi salīdzinājumā ar attālumu no pieskares punkta līdz smaguma centram. Visus tos svārstus, kuriem šis nosacījums netiek izpildīts, sauc par fizikālajiem svārstiem.
Par fiziskā svārsta reducēto garumu sauc matemātiskā svārsta garumu lred , ja šī svārsta svārstību periods ir vienāds ar fiziskā svārsta periodu. Tādejādi formulu fiziskā svārsta garumā pieraksta šādi:
Jāpiebilst, ka tādu svārstu, kura vienkāršo svārstību periods ir viena sekunde, sauc par sekundes svārsta reducēto garumu, kas ir 0,99m.
Amplitūda
Piemēram, ģitāras stīga atrodas miera stāvoklī, jo tā ir taisni nostiepta un nekustīga. Iestrinkšķināta tā svārstās augšup un lejup vienādā attālumā abās pusēs līdzsvara stāvoklim. Lielāko attālumu, kādā stīga attālinās no miera stāvokļa, sauc par svārstību amplitūdu. Amplitūda ir raksturīga arī citām svārstībām. Piemēram, elektriskā signāla amplitūda var atbilst maksimālai strāvai vai spriegumam katrā ciklā. Iesvārstītas ģitāras stīgas skaņa lēnām norimst. Svārstību enerģija nepārtraukti samazinās, gaisa pretestībai iedarbojoties uz stīgu. Šādā gadījumā amplitūda ir pirmā un lielākā svārstību novirze. Svārstību amplitūda ir saistīta ar svārstību enerģiju. Lielas amplitūdas skaņa ir skaļa, lielas amplitūdas starojums ir spožs, un lielas amplitūdas zemestrīce ir pietiekami spēcīga, lai izpostītu pilsētas.
Viļņi svārstās ap vidējo stāvokli, kuru sauc par nulles amplitūdu (līdzsvara stāvokli). Piemēram, ūdens viļņiem ir virsotnes un ieplakas virs un zem mierīga ūdens līmeņa. Skaņas viļņa amplitūdas palielināšanās padara skaņu skaļāku, gaismas viļņa amplitūdas palielināšanās – spožāku.
Frekvence
Viļņa frekvence ir viļņa veikto svārstību skaits vienā sekundē. Rotācijas frekvence ir ķermeņa pilno apgriezienu skaits vienā laika vienībā. Augstfrekvences skaņai ir augstāks tonis nekā zemfrekvences skaņai. Līdz ar gaismas viļņa frekvences palielināšanos mainās arī krāsas no spektra sarkanā gala violetā gala virzienā. Viļņa kustības frekvences palielināšana samazina viļņa garumu, kas ir attālums starp blakus viļņu maksimālajām amplitūdām.
Viļņa garums
Saka, ka no ķermeņa uz visām pusēm gaisā izplatās skaņas viļņi. Skaņa, tāpat kā gaisma, izplatās taisnlīnijas virzienā. Sablīvējums un retinājums kopā veido vienu vilni. Attālumu starp diviem viens otram sekojošiem sablīvējumiem vai retinājumiem sauc par viļņa garumu. To apzīmē ar burtu . Var teikt arī, ka viļņa garums ir ceļš, ko vilnis veic viena perioda laikā. Tā kā katrā svārstībā rodas viens vilnis, tad no svārstībā esoša ķermeņa izplatās tik viļņu, cik svārstību tas izdara. Katrs vilnis aiznes līdzi daļu skaņas avota enerģijas. Tādēļ, ja skaņas avotam nepievada enerģiju, tad ķermeņa svārstības rimst (to amplitūda samazinās). Zinātnieki ir izpētījuši, ka gaisa daļiņas kopā ar skaņu nepārvietojas, bet paliek uz vietas. Tās tikai svārstās ap līdzsvara stāvokli.
Brīvās svārstības
1. Ķermeņa kustību sauc par brīvām svārstībām, ja vienīgais ārējais spēks, kas tās izraisa, ir atgriezējpēks. Brīvās svārstības ir idealizēts gadījums, tās nerimst un, ja svārstības sākušās (ķermenis atvirzīts no līdzsvara stāvokļa un atbrīvots), tās periodiski turpinās neierobežoti ilgi. Dabā un tehnikā absolūti brīvu svārstību nav, jo parasti ķermenim ir pielikti arī vēl citi spēki, piemēram, berzes spēks, vides pretestības spēks, utml.
Brīvo svārstību rašanās nosacījumi
Lai sistēmā varētu izraisīties brīvās svārstības, nepieciešami divi nosacījumi:
2. Izvirzot ķermeni no līdzsvara stāvokļa, sistēmā jārodas spēkam, kurš vērsts uz līdzsvara stāvokli un tādējādi cenšas atgriezt ķermeni līdzsvara stāvoklī.
3. Berzei sistēmā jābūt pietiekami mazai, pretējā gadījumā svārstības ātri norimst vai pat vispār nerodas. Nerimstošas svārstības iespējamas tikai tad, ja nav berzes.
Uzspiestās svārstības
Uzspiestās svārstības – svārstības, ko veic ķermeņi periodiski mainīgu ārējo spēku iedarbībā. Šīs svārstības nenorimst, kamēr darbojas ārējais spēks.
Rezonanse
Rezonanse – viena ķermeņa līdz skanēšana otram ķermenim – skaņas avotam. To izmanto skaņas pastiprināšanai mūzikas instrumentos. Cilvēka balss saites ir pārāk vārgas, lai varētu izraisīt pietiekami stipru skaņu runājot. Cilvēka mutes un deguna dobums kopā ar gaisu rezonansē ar balss saišu svārstībām un tās pastiprina.
Rezonanse ir objekta svārstības ar pašsvārstības frekvenci. Neliels pieliktais spēks izraisa svārstības ar lielāku amplitūdu.
Katra svārstību frekvence cenšas svārstīties ar vienu noteiktu frekvenci. Šī frekvence ir atkarīga no sistēmas, un to sauc par pašsvārstības frekvenci jeb rezonanses frekvenci. Pūšot gaisu pāri tukšas pudeles kakliņam, radīsies noteikta toņa skaņa. Šis tonis ir pudelē esošā gaisa pašsvārstību frekvence. Pudelē nedaudz ieliets ūdens toni paaugstina. Gaiss tilpums pudelē ir mainījies, un katram tilpumam ir sava pašsvārstību frekvence.
Ja spēļu laukuma šūpoles katra vēziena galā kāds pagrūž, tad svārstību kustības amplitūda strauji pieaug. Pieaug arī svārstību enerģija. Līdzīgu parādību novēro flīzētā vannas istabā dziedošs cilvēks. Cilvēka balss palielina enerģiju telpā, un skaņas viļņi viegli atstarojas no sienām. Noteikti toņi skan skaļāk un dzirdami ilgāk nekā citi toņi. Tas ir tāpēc, ka skaļāko nošu frekvences atbilst vannas istabas gaisa rezonanses frekvencēm.
Elektriskā rezonanse var notikt, ja elektriskajā ķēdē tiek izdalīta kāda noteikta svārstība esoša strāvas frekvence. Šāda veida ķēdes sauc par noskaņotām ķēdēm. Tipiskā noskaņota ķēde satur divus elektroniskos elementus: kondensatoru un induktoru. Kondensatori sastāv no diviem tuvu novietotiem metāla plašu komplektiem, kas nesaskaras. Tās var uzkrāt enerģiju starp plašu elektriskajā laukā. Indukcijas spoles ir vadu spoles. Tās var enerģiju uzkrāt vadus aptverošajā magnētiskajā laukā. Kad indukcijas spoles un kondensators ir ieslēgti noskaņotā ķēdē, elektroni var svārstīties starp tiem. Uzspiedēj spēku rezonansei piešķir ieejas signāls. Tās ieejas signāla sastāvdaļas, kas nesakrīt ar ķēdes rezonanses frekvenci, dzēš pašas sevi. Līdz ar to tās no signāla tiek atdalītas. Tā frekvences daļa, kas sakrīt ar pašsvārstību frekvenci, rada rezonansi. Šādas ķēdes rezonanses frekvence mainās, ja mainās ķēdes elementu kapacitāte vai induktivitāte.
Mehāniskās svārstības un viļņi, skaņa
Tas ir izplatīts kustības veids. Svārstības ir ķermeņa vai sistēmas periodiska kustība ap līdzsvara stāvokli. Svārstību process var notikt tikai tad, ja ķermenim vai sistēmai piešķir papildus enerģiju. Svārstību izplatīšanos vidē sauc par viļņiem. Izšķir garenviļnus un šķērsviļņus. Skaņa ir gaisa vai elastīgas vides svārstības. Gaisā skaņas ātrums ir 330 m/s, 1200 km/s. Lielāks ātrums ir šķidrumos, bet vislielākais ir cietvielās.
Rotācijas periods
Rotācijas periods ir laiks, kurā ķermenis izdara vienu pilnu apgriezienu ap rotācijas asi. Piemēram, Zemes rotācijas periods ap savu asi ir diennakts ilgums jeb 24 stundas.
Svārstību izplatīšanās. Viļņi
Līdz šim aplūkojām atsevišķu ķermeņu (lodītes, atsvara) svārstības. Taču dabā biežāk vērojamas parādības, kurās svārstības noris veselās daļiņu sistēmās. Tā, piemēram, lauku ainavā var vērot viļņojošu, nenopļautu labības lauku, kurā saistīti svārstās atsevišķi stiebri. Līdzīga aina vērojama rudenī, kad rāmā laikā ezerā vai dīķī ir iebirušas lapas. Ja iemetam ūdenī nelielu akmentiņu, tad ap šo grimstošo akmentiņu uz gludās virsmas izplatās viļņi (7. att.). Ja sīkāk aplūkojam lapas, tad varam redzēt, ka tās svārstās uz augšu un uz leju, bet nepārvietojas kopā ar viļņiem. Tas liecina, ka svārstās tikai virsējais ūdens slānis, bet pārējā ūdens masa horizontālā virzienā nepārvietojas.
No minētajiem piemēriem varam secināt, ka svārstības izplatās vidē, ja vides daļiņas ir saistītas savā starpā.
Svārstību izplatīšanos var vērot arī auklā, kuras vienu galu piestiprina pie balsta, bet otru galu ar roku iesvārsta (8. att.). Kaut arī abi auklas gali paliek uz vietas, tomēr pa auklu pārvietojas vilnis.
Svārstību izplatīšanos vidē sauc par vilni.
Viļņu procesu labi demonstrē modelis, kas izveidots no lodīšu virknēm. Var iedomāties, ka lodītes (daļiņas), kas izvietotas horizontāli, elastības dēļ savā starpā saistītas it kā ar atsperītēm (9. att.).
Iesvārstot 1. daļiņu uz augšu, tā pārvietosies vertikālā virzienā un vilks līdzi arī 2. daļiņu, kura arī sāks svārstīties, tomēr elastības dēļ nedaudz atpaliks no pirmās daļiņas. Līdzīgi 2. daļiņas svārstības ierosina 3. daļiņas svārstības.
Kā redzams 9. attēlā, ja 1. daļiņa sasniegusi savu maksimālo novirzi (amplitūdu), tad 4. daļiņa vēl nav sākusi pat svārstīties. Kad 1. daļiņa sāk atgriezties līdzsvara stāvoklī, tad svārstības pāriet no 3. daļiņas uz 4. daļiņu, kura sāk svārstīties uz augšu. Tā svārstības pāriet uz visām daļiņām, un katra daļiņa izdara svārstības vertikālā virzienā. Šeit parādītas daļiņu svārstības ik pēc perioda ceturtdaļas. Perioda T laikā 1. daļiņa ir izdarījusi vienu pilnu svārstību, bet vilnis šajā pašā laikā ir sasniedzis 13. daļiņu.
Attālumu, kādu vilnis noiet viena perioda laikā, sauc par viļņa garumu.
Viļņa garumu apzīmē ar grieķu burtu (lambda). To mēra garuma vienībās.
Viļņa garums ir attālums starp divām tuvākajām daļiņām, kas atrodas vienādā stāvoklī. 9. attēlā parādīts, ka 1. un 13. daļiņa ir šādā stāvoklī. Daļiņas atrodas attālumā, kas vienāds ar viļņa garumu .
Ja vērojam viļņus uz ūdens virsmas, tad varam teikt, ka viļņa garums ir attālums starp divu blakus esošu viļņu virsotnēm vai ielejām (10. att.).
Viļņa ātrums. Vilnis ir svārstību izplatīšanās process.
Viļņa izplatīšanās ātrumu sauc par viļņa ātrumu.
Noskaidrojām, ka perioda laikā vilnis noiet attālumu, kuru sauc par viļņa garumu. Tātad .
Periodu un frekfenci saista sakarība . No šejienes vai .
Viļņa ātrums un svārstībā esošo daļiņu ātrums ir dažādi lielumi, jo daļiņas nepārvietojas kopā ar vilni.
Šķērsviļņi un garenviļņi. Iepriekšējā modelī (sk.9. att) aplūkotajā vilnī daļiņas svārstās perpendikulāri viļņa izplatīšanās virzienam, t.i., vertikālā virzienā, bet pats vilnis izplatījās horizontālā virzienā.
Viļņus, kuros daļiņas svārstās perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam, sauc par šķērsviļņiem.
Taču ir arī viļņi, kuros daļiņas svārstās viļņu izplatīšanās virzienā.
Apskatīsim elastīgi saistītu daļiņu ķēdīti (11. att.). Iesvārstīsim 1. daļiņu uz labo pusi. Radīsies sablīvējums, kas izraisīs blakus esošo daļiņu svārstības. Daļiņu svārstības (sablīvējumi un retinājumi) viļņu veidā izplatīsies horizontālā virzienā. Daļiņas svārstīsies viļņu izplatīšanās virzienā, bet kopā ar vilni nepārvietosies.
Viļņus, kuros daļiņas svārstās viļņu izplatīšanās virzienā, sauc par garenviļņiem.
Tā kā daļiņu kustība ir niecīga, tad tā ar acīm nav novērojama. Piemēram, ja ar āmuru uzsit pa dzelzs stieņa galu stieņa ass virzienā, tad stienī izplatās garenviļņi.
Viļņu kustība
Viļņu kustība ir to regulāra turp atpakaļ pārvietošanās vai pārvietošanās no vienas puses uz otru. Tā raksturo enerģijas pārvietošanos telpā. Viļņa kustības piemēri ir skaņa, ņirboņa dīķī, radiosignāli un gaisma. Katrā no šīm kustībām regulāras pretēja virziena izmaiņas vai svārstības pārnes kāda veida enerģiju. Skaņas viļņi izplatās gaisā kā ļoti mazas gaisa spiediena izmaiņas. Ūdens ņirb. Kad tā virsma kustas vertikāli augšup un lejup. Gaismai un radiosignāliem izplatoties, materiāla kustība nenotiek. Tas ir elektromagnētiskā starojuma veids, ar kuru enerģija tiek pārnesta elektriskā vai magnētiskā lauka svārstības veidā.
Šķērsviļņi un garenviļņi
Kad pudele peld jūrā, tā šūpojas augšup lejup līdz ar garām plūstošajiem viļņiem. Tā nevirzās uz priekšu, jo nav straumes vai brīze to nedzen. Tas ir tāpēc, ka ūdens viļņi ir šķērsviļņi: ūdens kustība notiek perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam. Elektromagnētiskie viļņi arī ir šķērsviļņi: elektriskais un magnētiskais lauks svārstās perpendikulāri izplatīšanās virzienam. Tie arī savstarpēji svārstās perpendikulāros virzienos.
Skaņas viļņi ir garenviļņi. Gaiss svārstās turpatpakaļkustībā viļņu izplatīšanās virzienā. Daļa no zemestrīces seismiskajiem viļņiem arī ir spiediena garenviļņi, kas izplatoties rada zemes svārstību turpatpakaļkustību.
Elektromagnētiskie viļņi, to izplatīšanās ātrums
Mainīgais magnētiskais lauks un mainīgais elektriskais lauks ir savstarpēji saistīti un kopā veido elektromagnētisko lauku. Sakarību starp mainīgo elektrisko lauku un mainīgo magnētisko lauku atklāja angļu fiziķis Džeimss Maksvels. Viņš 1864. gadā pierādīja, ka elektromagnētiskais lauks var izplatīties telpā ap lauka ierosinātāju elektromagnētisko viļņu veidā. Atšķirībā no skaņas viļņiem (mehāniskajām svārstībām), kuri izplatās tikai elastīgā vidē, elektromagnētiskajiem viļņiem vielas daļiņu starpniecība nav nepieciešama. Vissārtāk tie izplatās vakuumā, kur to ātrums ir 300 000 km/s (gaismas ātrums). Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums kādā vidē ir atkarīgs no šīs vides dabas, bet vienmēr ir mazāks nekā vakuumā. Vienkāršākais elektromagnētiskā lauka ierosinātājs ir, piemēram, dzirkstele starp konduktoriem skolas elektrostatiskās indukcijas mašīnā. Uzkrājoties lādiņiem, pieaug spriegums un spēcīgāks kļūst elektriskais lauks starp konduktoriem. Kad spriegums ir pietiekami augsts, notiek dzirksteļizlāde – īslaicīga elektrisko lādiņu plūsma, apkuru veidojas mainīgs elektromagnētiskais lauks. Šis mainīgais elektromagnētiskais lauks izplatās apkārtējā vidē viļņu veidā. Mainīgs elektromagnētiskais lauks veidojas arī ap augstsprieguma elektrisko līniju vadiem, kuros plūst maiņstrāva. Visiem dažādu frekvenču elektromagnētiskajiem viļņiem ir vienāds izplatīšanās ātrums neatkarīgi no viļņu fizikālajām īpašībām. Elektromagnētiskajiem viļņiem piemīt visas viļņu īpašības – tie atstarojas, pārnes enerģiju, apliecas ap šķēršļiem. Elektromagnētisko viļņu caur spiešanās spēja ir atkarīga no starojuma viļņu garuma.
Dažādu frekvenču elektromagnētiskajiem viļņiem nav principāli fizikālu atšķirību. Lai gan visu elektromagnētisko viļņu fizikālā daba ir vienota, dažādu frekvenču viļņu iegūšana, izmantošana un mijiedarbība ar apkārtējo vidi ir atšķirīga. Zemfrekvences elektromagnētiskās svārstības veidojas ap maiņstrāvas pārvades līnijām. Līnijas ir garas, un augstā sprieguma dēļ vadi novietoti relatīvi tālu cits no cita. Tas veicina zemfrekvences svārstību rašanos. Tām nav lielas nozīmes. No 105 līdz 1011 Hz elektromagnētiskos viļņus sauc par radioviļņiem. Tos izmanto radiosakaros, televīzijas pārraidēs un radiolokācijā. Tālāk viļņu skalā izvietojas elektromagnētiskie viļņi, kuru frekvence ir augstāka par 1011 – 1012Hz. Šo augstāko frekvenču elektromagnētiskie viļņi rodas vielu atomos un molekulās, tām izstarojot absorbēto enerģiju. Infrasarkanie stari ir acīm neuztverami siltuma stari, kas telpā izplatās elektromagnētisko viļņu veidā. Ir vēl citi stari – ultravioletie, rentgenstari un gamma sari, kuriem ir visaugstākā frekvence – līdz pat 1022 Hz.
Tomsona formula
Angļu fiziķis Viljams Tomsons (lords Kelvins) 1855. Gadā noteica sakarību starp strāvas svārstību periodu T, kondensatora kapacitāti C un spoles induktivitāti L:
Paskaidrojums:
Kapacitāte – spēja uzkrāt, sevī ietilpināt; spēja noteiktā daudzumā sevī ietvert (piem. Elektrību)
Induktivitāte – Fizikāls lielums, kas raksturo elektriskās ķēdes magnētiskās īpašības.
Kopsavilkums
Periods – laiks kura ķermenis veic vienu pilnu svārstību.
Frekvence – svārstību skaits laika vienībā.
Amplitūda – vislielākā novirze.
Harmonisku svārstību grafiks ir sinusoīda.
Viļņi – svārstību izplatīšanās vidē.
Viļņa garums – attālums, kādu vilnis noiet viena perioda laikā.
Šķērsviļņos daļiņas svārstās perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam.
Garenviļņos daļiņas svārstās viļņu izplatīšanās virzienā.
Izmantota literatura
www.wikipedia.org (http://lv.wikipedia.org/wiki/Category:Fizika)