II. VÕNKUMINE.LAINED


Võnkumine


Võnkumisteks nimetatakse selliseid liikumisi, mis korduvad kindla aja­va­he­mi­ku tagant, kusjuures võnkuv keha läbib sama tee alati edasi-tagasi. Võnkuvad kehad on näiteks kellapendel, vedru otsa riputatud keha ja õmblusmasina nõel.

Pendel on võnkuva keha mudel
 Ka vedru otsa riputatud keha võngub

Pendel

Võnkumisi kirjeldatakse erilise lihtsustatud mudeli, pendli abil.

Pendlina käsitletakse mingisugust raskust, mis on riputatud venimatu niidi külge, kusjuures koormise mass peab olema niidi omast palju suurem.

Joonisel on kujutatud tasakaaluasend keskel, kaks äärmist asendit on amplituudasendid

Võnkumisi kirjeldatakse järgmiste mõistete abil:

Algasend – see on pendli asukoht vaatluse alghetkel ning selle valik on vaba;

Tasakaaluasend on pendli selline asend, kus pendel võnkumise lõppedes peatub;

Asendeid, kus pendli liikumissuund muutub, nimetatakse amplituudasenditeks.  Amplituudasendi kaugus tasakaaluasendist on võnkeamplituud. Pendel sooritab ühe täisvõnke, kui ta liigub ühest amplituudasendist teise ning seejärel tagasi.

Ajavahemikku, mille jooksul pendel liigub ühest amplituudasendist teise ja seejärel jälle tagasi ehk mille jooksul sooritatakse üks täisvõnge, nimetatakse võnkeperioodiks.

Seevastu suurust, mis näitab pendli poolt ühes sekundis tehtud täisvõngete arvu, nimetatakse võnkesageduseks.


Võnkesageduse ja –perioodi arvutamine


Seega, kui me teame mitu võnget pendel mingi aja jooksul teeb, saame võnkeperioodi arvutada järgmiselt:

sagedust aga:

Ehk valemitena:

kus T – võnkeperiood, f – võnkesagedus, t – võnkumiste aeg ja N sooritatud täisvõngete arv.

Teisisõnu periood ja sagedus on teineteise pöördväärtused.

Võnkeperioodi mõõdetakse sekundites (1s), võnkesagedust aga hertsides (1Hz). Üks herts tähendab seda, et keha teeb ühes sekundis ühe võnke.


Lained. Lainete levimiskiirus


Kui võnkumine satub mingisse keskkonda, võib ta seal hakata levima lainena. Tähelepanuväärne on see, et laine ei kanna edasi keskkonna ainet, vaid sellega levib ruumis edasi ainult võnkuva keha energia.

Laine kõige kõrgemat punkti nime­ta­takse laineharjaks, madalaimat aga lainepõhjaks. Kahe kõrvutise laineharja (või ka -põhja) vahelist kaugust, mõõdetuna laine levimise sihis nimetatakse lainepikkuseks.

Laine puhul öeldakse, et laine levib ruumis, mitte ei liigu, sest lainega kandub edasi ainult võnkumine, keskkonna osakesed, aga edasi ei kandu.

Laine kiiruseks nimetatakse laine mingi punkti võnkumise, näiteks laineharja levimise kiirust. Nii nagu kõigi teiste kehade kiirust, arvutatakse ka laine kiirust seosest:

ehk valemina

kus v – laine levimiskiirus, s – laine poolt läbitud teepikkus, t – laine levimise aeg. NB! Samast valemist arvutatakse ka keha liikumise kiirust

Piki- ja ristlained


Laineid liigitatakse selle põhjal, kuidas võnguvad keskkonna osakesed temas. Kui nad võnguvad risti laine levimise sihiga, on tegu rist­lai­ne­ga,

kui võnkumine toimub laine levimise sihiliselt, nimetatakse lainet pikilaineks.


Heli


Üheks tüüpiliseks pikilaineks on, heli ehk hääl, mis tekib õhus või mõnes muus keskkonnas võnkuvate kehade läheduses.

Seadeldisi, mis on mõeldud hääle võimendamiseks, nimetatakse ruuporiks, väga vaiksete helide kuulamiseks kasutatakse stetoskoopi.

RUUPOR
STETOSKOOP

Heliallika asukohta on lihtne tuvastada, sest hääl liigub sirgjooneliselt see tähendab, et tema levimist kirjeldav joon helikiir on sirge.

Hääl levib erinevates keskkondades erinevate kiirustega, ka samas kuid erineva temperatuuruga keskkonnas, näiteks külmas või soojas õhus, liigub heli erineva kiirusega. Hääle keskmiseks kiiruseks õhus loetakse umbes 333 m/s.

Inimkõrva ehitus ei luba kuulda igasuguse sagedusega heli, vaid ainult sellist, mis jääb vahemikku 20 kuni 20 000 hertsi.

Mida suurem on heliallika võnkesagedus, seda kõrgem on tema poolt tekitatud heli. Heli valjus sõltub sellest, milline on heli tekitava keha võnkumise amplituud – suurem amplituud tekitab valjema heli. Heli valjust mõõdetakse detsibellides (1dB).

Inimese kuuldeulatusest madalama sagedusega õhu pikivõnkumisi nimetatakse infraheliks, nendest kõrgema sagedusega võnkumisi aga ultraheliks,

Nähtust, kus heli peegeldub tõkkelt, jõuab tagasi vaatleja juurde ning tekitab viivituse, nimetatakse kajaks. Näiteks nahkhiired kasutavad kaja ruumis liikumiseks, samuti auto radarites, seda kasutatakse sonarites merepõhja uurimiseks, ultraheli kajapildi abil on võimalik jälgida loote arengut.

Häälelaines sisalduvate helide kõrgused ja amplituud moodustavad helispektri. Iga võnkuv keha tekitab just temale iseloomuliku jao­tu­se­ga helispektri, mis annab tema häälele erilise kõlavärvingu ehk tämbri.


Müra


Sellist heli, mis tekib korrapäratu võnkumise tulemusena, nimetatakse müraks.

Korrapärase võnkumise tulemusel tekkivat heli nimetatakse harmooniliseks või ka muusikaliseks.

Müra on inimese füsioloogilise talitluse seisukohast kahjulik ning pikaajaline mürakeskkonnas viibimine võib kahjustada mitte ainult inimese kuulmist, vaid tema tervist üldse. Müra eest on võimalik end kaitsta, kui kaugeneda müraallikast eemale või siis kasutada kõrvatroppe. Ka pikaajaline valju muusika kuulamine kõrvaklappidest kahjustab kuulmist, mille tagajärjeks võib olla täielik kuulmislangus ehk kurtus.


Kasuta võimalust kontrollida oma teadmisi keskkonnas Loquiz. Selleks pead oma nutiseadmesse laadima vastava tasuta äpi. Kasutajaks registreeruda pole tarvis – mängimiseks vajalik info – kasutajanimi: VonkumisedLained (NB! kirjapilt!!); parool:5638