bangos

bangos: a – nesutrikdyta terpė (oras), kol joje nesklinda garso banga, b – išilginė banga – terpės dalelių sutankėjimai ir praretėjimai, c – bangos atvaizdis, rodantis amplitudę ir bangos ilgį

bañgos, terpės būsenos pokyčiai (trikdžių sukelti virpesiai), sklindantys toje terpėje ir nešantys energiją (judesio kiekį). Bangos neneša medžiagos (medžiagos pernaša sklindant bangoms gali būti tik šalutinis reiškinys). Yra tampriosios bangos, elektromagnetinės bangos ir gravitacinės bangos. Kintamojo šilumos šaltinio aplinkoje sklinda temperatūros bangos. Tampriosios yra akustinės bangos ir seisminės bangos. Tai tamprios terpės (dujų, skysčio, kietojo kūno) dalelių virpamojo judesio sklidimas. Svarbi akustinių bangų rūšis yra paviršinės bangos. Elektromagnetinėmis bangomis terpėje ir vakuume sklinda elektromagnetiniai laukai, gravitacinėmis bangomis – kintamasis gravitacijos laukas. Bangos savybių turi ir mikrodalelės (bangos ir dalelės dualumas). Pagal terpės dalelių virpesių kryptį bangos sklidimo krypties atžvilgiu skiriama išilginės bangos (dalelės virpa bangos sklidimo kryptimi) ir skersinės bangos (dalelės virpa bangos sklidimui statmena kryptimi). Pvz., garso bangos dujose yra išilginės, o išilgai stygos sklindančios bangos – skersinės (stygos taškai virpa statmenai bangos sklidimo krypčiai).

Elektromagnetinės bangos vakuume ir izotropinėje terpėje t. p. yra skersinės (t. y. elektrinių ir magnetinių laukų kryptys yra statmenos bangos sklidimo krypčiai). Paviene banga, arba impulsu, vadinamas palyginti trumpalaikis, pavienis terpės būsenos pokytis (smūginė banga, solitonas, nervinis impulsas), bangų vorą sudaro apribota pasikartojančių pokyčių seka.

Vienas svarbiausių bangų teorijos įvaizdžių yra harmoninės bangos, t. y. begalinės sinusinės bangos. Tokioje bangoje visi terpės būsenos pokyčiai vyksta pagal sinuso ar kosinuso dėsnį. Sinusinę bangą nusako ši formulė: $x=A\cdot \sin \frac{2\mathrm{\pi }}{T}(t-\frac{r}{v})$; čia x – fizikinio objekto būseną nusakančio kintamojo dydžio vertė laiko momentu t erdvės taške, nutolusiame nuo bangos šaltinio per atstumą r (pvz., dalelės nuokrypis nuo pusiausvyros padėties, elektrinio lauko stiprio momentinė vertė), A – didžiausia kintamojo dydžio vertė – bangos amplitudė, Τ – virpesių periodas (laikas, per kurį įvyksta vienas virpesių ciklas), v – bangos sklidimo greitis, t – laikas skaičiuojamas nuo virpesių pradžios. Dydis φ = $\frac{2\mathrm{\pi }}{T}(t-\frac{r}{v})$ vadinamas bangos faze, o dydis Δφ = φ₂ – φ₁ = $\frac{2\mathrm{\pi }}{\mathit{Tv}}(r_2-r_1)$ – fazių skirtumu taškuose r₁ ir r₂. Jei Δφ = 2πn (n – sveikasis skaičius), virpesių fazės taškuose vienodos, jei Δφ = (2n +1)π – virpesių fazės priešingos.

bangos: a – pavienė banga, b – harmoninė banga

Atstumas periodinės bangos sklidimo kryptimi tarp dviejų gretimų taškų, kuriuose virpesių fazės vienodos, vadinamas bangos ilgiu. Bangos ilgį λ, dažnį f = $\frac{1}{T}$ ir sklidimo greitį v sieja ši priklausomybė: λ · f = v (ji galioja bet kokios prigimties harmoninėms bangoms). Bangos paviršius, kurio visuose taškuose tam tikru laiko momentu virpesių fazės tos pačios, vadinamas vienodų fazių paviršiumi, arba bangos frontu.

Banga vadinama plokščiąja, kai jos vienodų fazių paviršiai yra plokštumos, sferine – sferos, cilindrine – cilindrai. Bangų teorijoje bangoms nusakyti vartojamas bangos vektorius k, jo modulis k = $\frac{2\mathrm{\pi }}{\lambda }$, vadinamas kampiniu bangos skaičiumi. Bangos forma priklauso nuo bangos sužadinimo ir sklidimo sąlygų. Bangos sužadinamos, kai koks nors energijos šaltinis sutrikdo terpės pusiausvyrą. Pvz., elektrostatinio telefono membrana, virpinama elektrinio lauko jėgos, skleidžia garso bangas. Įvairios prigimties bangų sklidimo dėsningumai turi daug bendrų savybių, pvz., ir garso bangas vienalyčiuose skysčiuose (dujose), ir elektromagnetines bangas laisvojoje erdvėje, kylančias mažoje terpės srityje (taške) ir sklindančias be sugerties, nusako banginė lygtis. Sklindančių bangų formos pokyčiai priklauso ir nuo bangos pirminės formos. Begalinė nelabai didelės amplitudės harmoninė banga sklisdama išlaiko savo formą tik tada, kai terpė beveik nesugeria bangos energijos. Tiesinėje terpėje (jos savybės nekinta nuo sklindančių bangų poveikio) bangos paklūsta superpozicijos principui. Tiesinėje terpėje sklindančios harmoninės bangõs fazinio greičio priklausomumas nuo jos dažnio vadinamas bangų dispersija (pvz., garso dispersija, šviesos dispersija). Neharmoninės bangos (jas galima atvaizduoti harmoninių bangų visuma) sklisdamos keičia savo formą. Netiesinėje terpėje iš esmės kinta ir bangos sklidimo dėsniai, pvz., susidaro naujo tipo pavienės bangos (solitonai), kinta bangų atspindžio ir lūžio dėsniai. Sklindančių tampriųjų bangų pernešamą energiją apibūdina energijos srauto tankio vektorius (jo kryptis sutampa su energijos pernašos kryptimi, o modulis lygus energijai, kurią perneša banga per laiko vienetą pro vienetinį plotą, statmeną vektoriui), elektromagnetinių bangų – Poyntingo vektorius. Izotropinėse terpėse bangos fronto ir energijos sklidimo kryptys sutampa, o anizotropinėse gali nesutapti. Dvi ar kelios bangos, kurių fazių skirtumas per laiką nekinta, vadinamos koherentinėmis (koherentiškumas). Susikirtus koherentinėms bangoms vyksta bangų interferencija. Stovinčiosios bangos susidaro dėl dviejų priešingomis kryptimis sklindančių bangų interferencijos. Bangos, sutikusios joms neskaidrią tam tikrų matmenų kliūtį, užlinksta (bangų difrakcija), sklisdamos nevienalytėje terpėje – išsisklaido (šviesos sklaida). Skersinėms bangoms būdinga poliarizacija – jų ašinės simetrijos sutrikdymas sklidimo krypties atžvilgiu (garso poliarizacija, šviesos poliarizacija).

jūrų bangos