Viļņi. Ievads
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Introduction to waves
Transkripts:
00:00
Iedomāsimies, ka man ir virve.
00:03
Tā ir mana virve.
00:04
Un ko es darīšu - es paņemšu virves kreiso galu
00:07
un paraušu to uz augšu,
00:08
un tad atpakaļ uz leju.
00:10
Un mēs parunāsim par to, kas notiek vai kas, iespējams,
00:13
sāk veidoties.
00:14
Ja es parauju to šeit, augšup, tas, protams, pacels
00:19
auklu, kas atrodas pa labi, līdzi augšup.
00:21
Un aukla izskatīsies apmēram šādi.
00:24
Tā izskatīsies kaut kā tā.
00:26
Tagad es strauji paraušu atpakaļ uz leju.
00:29
Un, kad kustība aizies, paskatīsimies, kā izskatīsies virve,
00:31
kad kreisais punkts atkal būs sākotnējā pozīcijā.
00:35
Kreisais punkts - es to esmu parāvis atpakaļ uz leju.
00:37
Bet iepriekšējā laika posmā šai virves daļai bija kāds
00:41
augšupvērsts ātrums.
00:43
Tu vari to iedomāties šādi.
00:44
Un pat pēc šī brīža, kaut arī kreiso
00:48
punktu sāk vilkt uz leju, šis punkts šeit
00:53
joprojām turpina kustēties uz augšu.
00:55
Tātad tas turpinās kustēties augšup, varbūt lēnāk,
00:57
jo to sāk vilkt uz leju
00:59
virve kreisajā pusē.
01:00
Tātad tas izskatīsies apmēram tā.
01:02
Un tas pavilks virvi labajā pusē līdzi.
01:05
Virve izskatīsies apmēram šādi.
01:08
Virve varētu izskatīties apmēram tā.
01:10
Un tad es paņemšu šo - tā bija tikai
01:13
starppozīcija, lai virves posms tiktu parauts
01:16
pilnībā uz leju šeit.
01:24
Kā tagad izskatīsies virve?
01:26
Nu.
01:27
Šim puisim bija impulss, kas to tur aizveda.
01:30
Bet tad viss šis ātrums būtībā kļūs nulle,
01:33
jo to velk virve kreisajā pusē.
01:35
Un tagad tas mainīs virzienu.
01:37
Un tas būs nonācis šeit šajā punktā.
01:40
Punkts uz līnijas, kas bija šeit - violetajā laika
01:45
periodā - tam bija kāds augšupvērsts impulss.
01:47
Tātad tas turpinās kustēties, varbūt lēnākā tempā.
01:50
Tas būs tur un pavilks līdzi pārējo virves daļu
01:52
pa labi no tā.
01:53
Tagad mana virve izskatīsies apmēram šādi.
01:58
Un tad, visbeidzot, es paraušu virvi atpakaļ
02:01
sākotnējā pozīcijā - tātad šis kreisais punkts būs
02:03
tur.
02:06
Šis puisis iepriekšējā laika periodā
02:09
strauji kustējās uz leju.
02:11
Tātad tas varētu tur nonākt, gatavs atkal mainīt virzienu.
02:13
Šis puisis sāks kustēties uz leju.
02:15
Šim puisim, tieši šeit, bija augšupvērsts impulss.
02:19
Tātad tagad tas būs šajā, augšējā pozīcijā.
02:21
Un tas būs gatavs mainīt virzienu.
02:23
Tātad, kad esmu pabeidzis visu šo ciklu, kad esmu
02:25
pārvietojis uz augšu, uz leju un atpakaļ, mana virve varētu izskatīties
02:29
tieši šādi.
02:32
Un es varētu atlaist virvi.
02:33
Es varētu vienkārši atstāt šo mazo kreiso punktu tieši tur.
02:38
Un šis izliekums izplatīsies pa virvi.
02:41
Jo nākamajā laika brīdī, kā tas
02:42
izskatīsies?
02:44
Šis puisis tiks pacelts uz augšu ar šo kreiso punktu.
02:47
Tātad tas atgriezīsies miera stāvoklī.
02:50
Šis puisis tiek vilkts uz leju šeit ar virves daļu
02:53
pa kreisi no viņa, tātad viņš tiks vilkts uz leju.
02:56
Šis puisis tiek vilkts uz leju.
02:58
Bet šim puisim iepriekšējā laika periodā
03:01
bija augšupvērsts impulss, tāpēc tas būs pārvietojies uz augšu.
03:03
Un tā, nākamajā laika periodā mana virve
03:06
izskatīsies apmēram šādi.
03:13
Un šī svārstība virvē, ja es neko citu nedarīšu
03:16
un ja nezaudēšu enerģiju siltuma un berzes dēļ, un tamlīdzīgi,
03:19
tā vienkārši turpinās kustēties pa virvi tālāk.
03:22
Ja es paskatītos uz virvi kādā turpmākā brīdī, varbūt
03:25
ne tik tālu, virve izskatītos apmēram šādi.
03:29
Un ja es turpinātu skatīties, es redzētu šo svārstību.
03:32
Es turpinu lietot vārdu svārstība, jo
03:34
tiešām nav labāka vārda, ko lietot.
03:37
Es redzēšu šo svārstību vai perturbāciju, vai kā tu
03:40
to vēlies saukt, kas kustas pa virvi.
03:43
Kad mēs domājam par to, kas ir vilnis, mēs būtībā - es
03:47
mazliet pasteidzos - es turpinu to saukt par
03:49
svārstību, jo es negribēju lietot vārdu vilnis. Es
03:51
gribu teikt, kas tad īsti ir vilnis?
03:53
Un vilnis patiesībā ir tikai šī svārstība, kas izplatās
03:57
pa virvi.
03:59
Tātad šis ir labs brīdis, lai vispār definētu vilni.
04:02
Vilnis. Jo, kad es to definēšu, es varēšu sākt to saukt par
04:05
vilni, nevis par svārstību,
04:07
kas izplatās pa virvi.
04:09
Tātad vilnis ir svārstība, kas izplatās telpā.
04:24
Un tu vari redzēt citas viļņa definīcijas. Viena no
04:27
vistipiskākajām ir enerģija vai svārstība,
04:32
kas izplata enerģiju caur vidi.
04:35
Un kad kāds saka vide, tas ir tas, caur ko
04:36
vilnis izplatās.
04:37
Tātad šajā piemērā virve būtu mūsu vide.
04:42
Bet iemesls, kāpēc es negribu izmantot šo viļņa definīciju,
04:46
ir tas, ka nākamajos video mēs uzzināsim par
04:49
elektromagnētiskajiem viļņiem, un tie neizplatās caur
04:52
jebkādu vidi.
04:53
Tie izplatās caur vakuumu.
04:55
Tātad, lai saglabātu visu pēc iespējas vispārīgāku, mēs vienkārši sauksim to
04:58
par svārstību, kas izplatās caur telpu.
05:01
Un parasti tā pārnes enerģiju.
05:17
Ko es domāju ar enerģijas pārnesi?
05:19
Šajā kreisajā virves daļā es devu
05:21
nedaudz enerģijas virvei.
05:22
Es to pakustināju uz augšu, uz leju un tad atpakaļ.
05:25
Un tad, kad es to izdarīju, šī kustība uz augšu, uz leju un atpakaļ
05:28
notiek secīgi katram punktam pa
05:30
labi uz virves.
05:31
Tātad, ja es gaidītu pietiekami ilgi, uz virves tieši šajā punktā,
05:34
šeit tas kustēsies uz augšu, uz leju un tad atpakaļ.
05:38
Tieši tas, ko es izdarīju šeit, notiks ar šo
05:41
punktu tālāk uz virves.
05:41
Un tad vēlāk tas notiks ar kādu citu, nākamo
05:43
punktu uz virves.
05:44
Tātad tā enerģija, ko es sākotnēji ieliku
05:46
virves kreisajā pusē, tiek
05:48
pārnesta pa virvi.
05:49
Ja man būtu kāds objekts, kas sēž šeit uz virves,
05:54
varbūt, kad vilnis - kad svārstība - paiet tam garām,
05:59
šī lieta varētu tikt uzmesta gaisā; tā varētu tikt
06:01
pasviesta gaisā un nonākt
06:03
augstākā potenciālajā enerģijā.
06:05
Tātad šī svārstība pārnes
06:08
enerģiju šajā gadījumā.
06:10
Tagad tas, ko es šeit uzzīmēju, nav vienīgais viļņa veids,
06:13
kāds var būt. Es domāju, ka mana definīcija ir diezgan vispārīga.
06:16
Bet definīcija ir vispārīgāka nekā tas, ko es esmu
06:19
šeit uzzīmējis.
06:20
Piemēram, var būt skaņas vilnis. Ja tu vienkārši skaties
06:28
uz visām gaisa molekulām, un gaisam ir noteikts blīvums,
06:33
kas izskatās apmēram tā.
06:35
Un tagad iedomāsimies, ka man ir kāda membrāna - varbūt
06:38
tas ir skaļrunis - kas iesvārsta
06:41
gaisu kreisajā pusē.
06:42
Tātad tas vienkārši stumj - nu, ļauj man to uzzīmēt.
06:46
Iedomāsimies, ka man ir kāda virsma šeit, kas vienkārši ļoti
06:52
ātri iesvārsta - vienkārši kustas šajā virzienā,
06:55
un tad vienkārši atgriežas.
06:56
Līdzīgi tam, ko es izdarīju šeit, es eju uz augšu un uz leju.
06:58
Bet tā vietā, lai darītu tā, tas pastumj gaisu un tad
07:01
kustas atpakaļ.
07:02
Tātad kas notiks?
07:03
Tieši pēc tam, kad tas pakustas, gaisa molekulas, ko tas pastumj
07:06
uz priekšu, saspiedīsies kopā.
07:08
Gaiss tiek saspiests.
07:11
Tieši šeit visas šīs gaisa molekulas, kas bija tieši uz
07:13
virsmas, tiks pastumtas blakus visām šīm
07:15
gaisa molekulām, kas ir tieši tur.
07:17
Un tad, kad tas pārvietojas atpakaļ vai kad membrāna kustas
07:20
atpakaļ, šeit būs mazāk gaisa molekulu,
07:23
jo šeit būs zems blīvums.
07:25
Un tad šie puiši, kas visi ir saspiesti kopā,
07:28
gribēs attālināties viens no otra.
07:29
Tie pat var sadurties viens ar otru.
07:31
Un tā šie puiši sadursies ar tiem puišiem, kas
07:34
sadursies ar nākamajiem.
07:35
Un tā tālāk.
07:37
Un pēc tam, kad šie puiši sadursies ar tiem puišiem, tie puiši
07:39
atgriezīsies tur, kur tie bija.
07:41
Tātad būtībā tev būs šī svārstība,
07:43
kas būs molekulu kopums, starp kurām samazinās attālums vai
07:48
kas "saduras" ar blakus esošajām molekulām.
07:50
Tātad, ja tu to apskatītu kādā nākotnes laika periodā, pēkšņi
07:54
šī zona varētu izskatīties normāla.
07:57
Ļauj man to notīrīt un uzzīmēt tieši tā, kā es sāku.
08:01
Tātad šī zona varētu izskatīties normāla.
08:06
Bet šī daļiņu saspiešana varētu būt sasniegusi
08:09
tieši šeit.
08:15
Un ne tikai tas! Mēs redzējām, ka tieši pēc saspiešanas
08:17
parasti ir šī zema spiediena zona.
08:20
Tātad, ja es tiešām uzzīmētu šo vilni, un faktiski, ja
08:24
šī membrāna turpinātu to darīt atkal un atkal,
08:27
atkal un atkal - tātad tā turpinātu kustēties uz priekšu un atpakaļ, uz priekšu un
08:30
atpakaļ, vai pa labi un pa kreisi, pa labi un pa kreisi - tas, kas tev būtu,
08:32
ir saspiešanu sērija.
08:34
Gaisam vienkārši būtu saspiešanu sērija.
08:36
Tā ir viena saspiešana.
08:38
Tev būtu vēl viena saspiešana tieši tur.
08:41
Vēl viena saspiešana tieši tur.
08:44
Un tad starp saspiešanas zonām
08:45
gaiss ir mazāk blīvs.
08:47
Gaiss ir mazāk blīvs, kā šeit.
08:50
Un tas, ko mēs būtībā tikko radījām, ir skaņas vilnis,
08:53
kas ceļo caur gaisu.
08:55
Tātad šis šeit ir skaņas vilnis. Un šāda veida vilnis,
09:02
kur svārstību virziens ir tāds pats vai
09:06
pa to pašu asi kā virziens, kurā vilnis
09:09
ceļo - vilnis ceļo šajā virzienā -
09:12
to sauc par garenvilni. Tātad skaņas viļņi, kas izplatās
09:16
caur gaisu, ir garenviļņi.
09:23
Dažreiz tos sauc par kompresijas viļņiem. Tas pats.
09:28
Kompresijas vilnis. Jo to izraisa saspiešana.
09:31
Mūsu piemērs ar auklu, tas ir tā sauktais šķērsvilnis.
09:35
Jo svārstība, vides kustība,
09:44
notiek šķērsvirzienā attiecībā pret - vai pa asi,
09:48
kas ir šķērsvirzienā attiecībā pret - mūsu kustības virzienu.
09:50
Mēs kustamies šajā virzienā, pa labi.
09:53
Patiesībā mūsu vilnis kustas pa labi, bet faktiskā
09:56
vide kustas uz augšu un uz leju.
09:58
Mūsu vide kustas uz augšu un uz leju.
10:00
Tāpēc to sauc par šķērsvilni.
10:02
Kamēr šeit vide kustas pa kreisi un pa labi, bet
10:05
vilnis kustas pa labi.
10:06
Tātad tas ir gar to pašu asi.
10:08
Tātad mēs runājam par kompresijas vai garenvilni.
10:11
Tagad šajā pirmajā piemērā es vienkārši izdarīju vienu ciklu.
10:14
Es vienkārši paraustīju uz augšu, uz leju un atkal atpakaļ.
10:18
Un es radīju šo vienu svārstību.
10:20
Un mēs varam to saukt, kad tu to dari tikai vienu reizi, tu vari to uzskatīt
10:23
par viļņa impulsu.
10:26
Ja es turpinātu to darīt - ja es vienkārši svārstītu uz augšu, uz leju, atpakaļ
10:29
atkal, uz augšu, uz leju, atpakaļ atkal, un es turpinātu to darīt
10:31
periodiski, atkal un atkal, tad es radītu
10:34
periodisku vilni. Un mana aukla izskatītos
10:37
apmēram šādi.
10:43
Nu, patiesībā tā izskatītos kaut kā tā,
10:50
kur tā ir svārstība, kas radusies no mūsu pirmās reizes,
10:54
kad mēs pakustinājām šo kreiso daļu mūsu auklai.
10:59
Tātad šis šeit ir periodisks vilnis.
11:03
Nākamajā video mēs runāsim par daudzām
11:05
periodiska viļņa īpašībām. Kā viļņa garums un tā
11:09
frekvence, un tā periods ir saistīti ar tā ātrumu, un
11:12
visu to.
11:13
Bet es to atstāšu šajā video.
11:14
Bet es vienkārši gribēju, lai tu novērtētu to, ko es uzskatu par
11:17
jēdzienu, ko mēs izmantojam ikdienas dzīvē.
11:20
Tātad tas ir vilnis, tas ir skaņas vilnis.
11:22
Bet tas ir diezgan abstrakts jēdziens, kur mēs runājam par
11:24
vilni, mēs patiesībā vienkārši norādām uz svārstību,
11:27
kas kustas, parasti vidē, vismaz, kad mēs
11:30
to vizualizējam, bet ne vienmēr.
11:32
Bet mēs vienkārši norādām uz šo svārstību.
11:34
Un šī svārstība var būt dažādās formās. Tā var būt
11:37
šķērssvārstība, ja mēs runājam par auklu.
11:39
Tā var būt svārstība gaisa molekulu blīvumā
11:44
skaņas viļņa gadījumā. Un ir saistība.
11:47
Tātad, ja tu gribētu šeit vienkārši attēlot blīvumu atkarībā no pozīcijas -
11:53
ja es gribētu matemātiski attēlot šo kompresijas
11:55
vilni tieši šeit - pieņemsim, ka šī līnija attēlo vienkārši
11:59
miera stāvokli, pirms skaņas vilnis trāpa, tas ir
12:02
vienkārši normāls blīvums.
12:03
Ja mēs attēlotu blīvumu, tas varētu izskatīties
12:05
apmēram šādi.
12:07
Šeit mums ir ļoti augsts blīvums.
12:08
Šeit mums ir ļoti zems blīvums.
12:10
Šeit mums ir ļoti augsts blīvums.
12:11
Un ja tu to attēlotu, tas izskatītos ļoti līdzīgi tam
12:15
šķērsvilnim, ko es izveidoju ar virvi šī video
12:21
sākumā.
12:21
Un tieši tāpēc tie pat tiek grupēti kopā.
12:23
Jo matemātiski, kaut arī kompresijas vilnis
12:26
izskatās ļoti atšķirīgs, vai tu varētu to vizualizēt vai
12:29
konceptualizēt ļoti atšķirīgi no šķērsviļņa,
12:31
matemātiski tie būtībā ir viena un tā pati lieta.
12:34
Tev ir šis lielums.
12:35
Šajā gadījumā tas ir gaisa blīvums, kas mainās laika gaitā.
12:39
Šajā gadījumā tas ir augstums vai pozīcija, vai cik daudz
12:43
tu esi novirzījies no savas miera pozīcijas - tas ir
12:45
lielums, kas mainās laika gaitā, šī svārstība ceļo
12:50
pa vidi.
12:51
Tāpēc mēs saucam abas šīs lietas par viļņiem.
12:54
Nu labi, šajā video tas ir viss.
12:56
Un nākamajā video mēs nedaudz vairāk parunāsim par
12:58
periodisku viļņu īpašībām.