Τρίτη, 25 Σεπτεμβρίου 2012

Δύο προβλήματα στα κύματα

Αν το περιεχόμενο της παρούσας ανάρτησης δεν είναι ολοκληρωτικά λάθος, τότε η ανάρτηση αυτή θα μπορούσε να έχει τον τίτλο
«Γιατί στην συμβολή κυμάτων ξεχνάμε τόσο τα Μαθηματικά όσο και την Φυσική;»
Συνηθίζουμε να λέμε ότι στην περίπτωση που έχουμε δύο πηγές σε φάση, τότε το μέσον Μ του ευθυγράμμου τμήματος που ορίζουν είναι κοιλία. Τι θα λέγαμε σε κάποιον που θα διατύπωνε την άποψη: Στην περίπτωση που το μήκος του ελαστικού μέσου είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του μήκους κύματος τότε το σημείο Μ συμπεριφέρεται εναλλάξ σαν κοιλία και σαν δεσμός με περίοδο 2L/υ.
Θεωρούμε τα επόμενα δύο προβλήματα
Πρόβλημα 1
Δύο αρμονικά κύματα ίδιου πλάτους Α και της  ίδιας συχνότητας και διαδίδονται σε  ένα γραμμικό ελαστικό μέσο μεγάλου μήκους με αντίθετες ταχύτητες.
Τα στιγμιότυπα των δύο κυμάτων την στιγμή t=0 είναι όπως στο επόμενο σχήμα.
Το σημείο Μ είναι το μέσον του ευθυγράμμου τμήματος ΟΒ.

Να υπολογίσετε τις απομακρύνσεις από την θέση ισορροπίας τους των σημείων Ο, Α, Β κάποια  χρονική στιγμή t με t>L/υ.
Εφαρμογή όταν ΟΒ=L=3λ/2 και t=19L/12υ
2ο Πρόβλημα
Θεωρούμε ένα γραμμικό ελαστικό μέσο μήκους L το οποίο ηρεμεί στο διάστημα [0,L] ενός συστήματος συντεταγμένων. Την στιγμή t=0 τα άκρα Ο και Β του μέσου αρχίζουν ταυτόχρονα να ταλαντώνονται κάθετα στην διεύθυνση του μέσου με εξίσωση y=Aημ(ωt).
Ως αποτέλεσμα της κίνησης των δύο άκρων στο μέσο διαδίδονται κύματα με αντίθετες ταχύτητες.
Έστω Μ το μέσον του ευθυγράμμου τμήματος ΟΒ.
  1. Να υπολογίσετε τις απομακρύνσεις από την θέση ισορροπίας τους των σημείων Ο, Α, Β κάποια  χρονική στιγμή t με 3L/2υ < t <2L/υ.
    Εφαρμογή όταν ΟΒ=L=3λ/2 και t=19L/12υ.
  2. Να αποδείξετε ότι αν το μήκος L του μέσου είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του μήκους κύματος τότε το μέσον Μ του ελαστικού μέσου συμπεριφέρεται διαδοχικά ως δεσμός και κοιλία για χρονικά διαστήματα μεγέθους L/υ.
Ο επόμενος σύνδεσμος παραπέμπει σε ένα zip αρχείο στο οποίο περιέχεται η απάντηση και μια προσομοίωση σε VB.

Πέμπτη, 20 Σεπτεμβρίου 2012

Σύνθεση ή σύζευξη ταλαντώσεων;

Στο σχολικό βιβλίο και στην ενότητα περί σύνθεσης ταλαντώσεων περιγράφεται μια διάταξη παρεμφερής της διάταξης του παρακάτω σχήματος.

Λίγο ως πολύ η παρουσίαση των συγγραφέων είναι η εξής:
Το σώμα Σ2 κινούμενο πάνω σε μια σταθερή πλατφόρμα θα εκτελούσε μια αατ με περίοδο Τ2.
Μόνη της η πλατφόρμα θα εκτελούσε μια εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση περιόδου Τ1. Αν συνυπάρχουν τα δύο σώματα τότε το Σ2 εκτελεί σύνθετη κίνηση, η οποία είναι σύνθεση δύο ταλαντώσεων με περιόδους Τ1 και Τ2.
Η σημαντικότερη ένσταση, που μπορεί να προβάλει κανείς, βρίσκεται στο γεγονός ότι το δεύτερο ελατήριο θα επηρεάσει την κίνηση του σώματος Σ1. Επειδή δεν είχα αντιμετωπίσει στο παρελθόν παρεμφερές πρόβλημα αποφάσισα να δω πως ακριβώς συμπεριφέρεται το σύστημα υπό «καθεστώς σύζευξης».
Το κύριο συμπέρασμα της μελέτης είναι ότι και τα δύο σώματα εκτελούν σύνθετες κινήσεις με ίδιες επιμέρους συχνότητες (κανονικοί τρόποι ταλάντωσης) διαφορετικές των συχνοτήτων των ανεξαρτήτων ταλαντώσεων.

Τετάρτη, 19 Σεπτεμβρίου 2012

Κλίμακες Ενέργειας και Αρχή της Αβεβαιότητας

         

       Στα επόμενα θα δούμε πως η αρχή της αβεβαιότητας (απροσδιοριστίας) του Heisenberg, θέτει ένα κάτω όριο στην ελάχιστη κινητική ενέργεια που μπορεί να έχει ένα σωματίδιο του μικρόκοσμου, που είναι «εγκλωβισμένο» σε μια περιοχή του χώρου...

Τρίτη, 4 Σεπτεμβρίου 2012

Η Εξίσωση Klein-Gordon

    Μια μικρή περιγραφή της κυματικής  εξίσωσης Klein-Gordon συνοδευόμενη από μερικά ιστορικά στοιχεία.
Η Εξίσωση Klein-Gordon