valovi

valovi, širenje poremećaja kojim se prenosi energija kroz medij, a da se medij kao cjelina ne pomiče. Kada se valovi nađu na granici između dvaju medija, dolazi do njihova ogiba, refrakcije ili refleksije i u posebnim uvjetima do stojnih valova.

Svojstva valova

Valovi se opisuju s pomoću valne duljine (λ), udaljenosti između dvaju brjegova ili dolova sinusoidalnoga vala; perioda vala (T), vremena koje protekne dok se val pomakne za jednu valnu duljinu; valnoga broja (k), veličine recipročne valnoj duljini, i frekvencije (ν), veličine recipročne periodu. Fazni pomak udaljenost je između najbližih brjegova ili dolova dvaju valova jednake frekvencije i smjera širenja. Jednadžba oblika a = A sin (x – vt) opisuje izgled sinusoidalnoga vala u bilo kojoj točki prostora, gdje je a elongacija, A amplituda, x udaljenost čestice od izvora vala i t vrijeme širenja vala. Ako se u isto vrijeme na istome mjestu nađu dva vala, doći će do njihove interferencije, a složenije valno gibanje može se prikazati kao suma sinusoidalnih valova različitih amplituda i frekvencija. Koherentni valovi, uzajamno jednaki po frekvenciji, faznom pomaku, polarizaciji (→ koherencija; laser), omogućuju da se vidi interferencijska slika (npr. interferencijske pruge). Ako se izvor valova ili promatrač gibaju, s pomoću Dopplerova efekta može se odrediti njihova brzina, što se primjenjuje u astronomiji, medicini, prometu i dr.

Brzina valova ovisi o mediju kroz koje se valovi šire pa je npr. brzina mehaničkih valova u čvrstom tijelu valovi 1.jpg, a u plinu valovi 2.jpg, gdje je E modul elastičnosti, ρ gustoća tijela ili plina, ϰ adijabatski koeficijent plina, p tlak plina. Brzina širenja elektromagnetskih valova u vakuumu je 299 729 458 m/s (→ brzina svjetlosti) i prema teoriji relativnosti najveća moguća brzina gibanja, dok je brzina širenja u drugim prozirnim medijima manja npr. na 20 °C u zraku 1,0003, u vodi 1,333, u dijamantu 2,42, u silikonu 4 puta manja (→ indeks loma).

Vrste valova

Mehanički valovi (npr. zvuk) šire se u elastičnom mediju (npr. zrak, voda) titranjem čestica povezanih elastičnim silama oko ravnotežnoga položaja; energija valova to je veća što je veća amplituda titranja, a izvor valova svako je tijelo koje titra (npr. izvor zvuka je žica glazbenog instrumenta).

Elektromagnetski valovi (npr. svjetlost) prenose se titranjem električnoga i magnetskoga polja u propusnom mediju (može biti i vakuum); energija valova to je veća što je veća frekvencija, a izvori su promjenljiva elektromagnetska polja (npr. izvor radiovalova je antena) i pobuđeni atomi. Prigušenje valova posljedica je pretvorbe energije valova u druge oblike (npr. u toplinu). Prema načinu širenja i ovisno o izvoru, valovi mogu biti ravni ili kuglasti, jednodimenzionalni, dvodimenzionalni i trodimenzionalni.

Prema načinu širenja, valovi se mogu podijeliti na longitudinalne, koji se šire titranjem čestica u pravcu širenja vala (npr. ultrazvuk), i transverzalne, koji se šire titranjem okomitim na smjer širenja vala (npr. radiovalovi). Valovi na površini vode kombinacija su longitudinalnih i transverzalnih valova. Transverzalni valovi mogu biti polarizirani (→ polarizacija), tj. čestice koje ih prenose ili električno i magnetsko polje mogu titrati izraženije u nekoj ravnini.

Valovi tvari kvantnomehanički su valovi iznimno kratkih valnih duljina koji se uočavaju jedino u ekstremnim uvjetima pokusa kada tvar uz čestična pokazuje i valna svojstva (→ dualizam). Prema teoriji L. V. de Brogliea, valna duljina tvari (λ = h/mv) obrnuto je razmjerna masi (m) i brzini gibanja (v) te tvari, a razmjerna Planckovoj konstanti (h). Tako se npr. nakon prolaska elektrona kroz kristalnu rešetku na fluorescentnom zaslonu može vidjeti interferencijska slika njihova ogiba, što se primjenjuje npr. u elektronskom mikroskopu.

Gravitacijski valovi poremećaj su gravitacijskoga polja. Predvidio ih je A. Einstein u općoj teoriji relativnosti 1916. a prvi put su zapaženi 2015.

valovi. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 15.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=63780>.