Odbicie i załamanie fali

Zapamiętaj

Podczas odbicia kąt padania jest równy kątowi odbicia. Oba kąty mierzymy względem normalnej do powierzchni.

Podczas przejścia fali do innego ośrodka jej częstotliwość nie zmienia się, natomiast mogą zmienić się prędkość, długość i kierunek rozchodzenia się fali.

Gdy prędkość fali maleje, fala załamuje się ku normalnej. Gdy prędkość fali rośnie, fala załamuje się od normalnej.

Gdy fala mechaniczna dociera do granicy dwóch ośrodków różniących się właściwościami, na przykład gęstością lub sprężystością, część fali może zostać odbita, a część może przejść do drugiego ośrodka. Fala przechodząca do drugiego ośrodka zmienia prędkość i długość, a przy ukośnym padaniu może również zmienić kierunek rozchodzenia się. Zjawisko zmiany kierunku fali na granicy ośrodków nazywamy załamaniem lub refrakcją.

Zjawisko odbicia fali

Fala odbita rozchodzi się w tym samym ośrodku co fala padająca. Dlatego ma taką samą prędkość, częstotliwość i długość fali. Jej amplituda może być jednak mniejsza, ponieważ część energii fali może przejść do drugiego ośrodka lub zostać pochłonięta.

Kąt padania jest równy kątowi odbicia.
Kąt padania i kąt odbicia mierzymy względem normalnej do powierzchni w punkcie padania fali.
Promień padający, promień odbity i normalna leżą w jednej płaszczyźnie.

Uwaga: podczas odbicia fali mechanicznej może nastąpić zmiana jej fazy. Na przykład fala na linie odbita od nieruchomego końca ulega odwróceniu.

Zjawisko załamania fali – refrakcja

Jeżeli fala przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, w którym rozchodzi się z inną prędkością, zmieniają się jej prędkość i długość. Przy ukośnym padaniu na granicę ośrodków zmienia się również kierunek rozchodzenia się fali. Zjawisko to nazywamy załamaniem fali lub refrakcją.

Jeżeli fala pada prostopadle na granicę ośrodków, jej kierunek się nie zmienia, mimo że zmieniają się prędkość i długość fali.

Częstotliwość fali nie zmienia się podczas przejścia przez granicę ośrodków, ponieważ jest wyznaczona przez źródło fali. Zmieniają się natomiast prędkość i długość fali. Przy ukośnym padaniu zmienia się również kierunek jej rozchodzenia się.

Ponieważ \(v=\lambda f\), a częstotliwość \(f\) pozostaje stała, zmiana prędkości fali powoduje proporcjonalną zmianę jej długości.

Możliwe są dwa przypadki:

Gdy prędkość fali w drugim ośrodku jest mniejsza niż w pierwszym, długość fali maleje, a fala załamuje się ku normalnej.
Gdy prędkość fali w drugim ośrodku jest większa niż w pierwszym, długość fali rośnie, a fala załamuje się od normalnej.