1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ
4.3Ενζργεια και ταλάντωςη
Είδαμε ότι, για να εκτελζςει ζνα ςώμα ταλάντωςθ, κα πρζπει
ς’ αυτό να αςκθκεί αρχικά μια δφναμθ που κα το
απομακρφνει από τθ κζςθ ιςορροπίασ του. Η δφναμθ αυτι,
μζςω του ζργου που παράγει, προςφζρει ενζργεια ςτο ςώμα,
θ οποία αποκθκεφεται με τθ μορφι δυναμικισ ενζργειασ.
Κατά τη διάρκεια, λοιπόν, μιασ ταλάντωςησ
πραγματοποιείται περιοδικά μετατροπή τησ
δυναμικήσ ενζργειασ ςε κινητική και
αντίςτροφα.
Πώσ εξηγείσ ότι, όταν αφήςουμε
ελεφθερη την κοφνια, μετά από λίγο
χρόνο αυτή ςταματά;
2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ
4.3Ενζργεια και ταλάντωςη
Πώσ εξηγείσ ότι, όταν αφήςουμε ελεφθερη την
κοφνια, μετά από λίγο χρόνο αυτή ςταματά;
Στθν ιδανικι περίπτωςθ που δεν υπάρχουν δυνάμεισ τριβισ,
η μηχανική ενζργεια τησ ταλάντωςησ, δηλαδή το άθροιςμα
τησ κινητικήσ και τησ δυναμικήσ ενζργειασ, διατηρείται
ςταθερό.
Σε πραγματικά όμωσ ςυςτιματα όπωσ θ κοφνια, λόγω τριβών
ι αντιςτάςεων του αζρα θ μθχανικι ενζργεια μετατρζπεται
ςταδιακά ςε κερμικι. Επομζνωσ το πλάτοσ τθσ ταλάντωςθσ
μειώνεται και θ κοφνια τελικά ςταματά.
Η ταλάντωςθ μπορεί να διατθρθκεί μόνο αν με κάποιο
μθχανιςμό προςφζρουμε διαρκώσ ενζργεια ςτο ςώμα (και
αναπλθρώνουμε τθν ενζργεια που μετατρζπεται ςε κερμικι
από τισ τριβζσ) κατά τθ διάρκεια που αυτό ταλαντώνεται.
3. ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚYΜΑΤΑ
Τι είναι το κύμα τησ ιάλαςςασ;
Μετατοπίζεται το νερό μαζί με το
κύμα;
Yπάρχει
ςχέςη
ανάμεςα
ςτα
ιαλάςςια κύματα, τα ςειςμικά
κύματα, τον θχο, το φωσ;
Πολλζσ φορζσ μπορεί να παρακολοφκθςεσ ςτθν τθλεόραςθ ι
ςτθν πραγματικότθτα ζναν αγώνα με ιςτιοςανίδα το γνωςτό
surfing (ςζρφινγκ) με ι χωρίσ πανί.
Θα παρατιρθςεσ ότι, όταν ο ακλθτισ τθσ ιςτιοςανίδασ κινείται
«μαηί» με το κφμα, τότε μπορεί να αποκτιςει πολφ μεγάλθ
ταχφτθτα, οπότε θ κινθτικι του ενζργεια αυξάνεται ςθμαντικά.
Θα είδεσ αρκετζσ φορζσ τα κφματα τθσ κάλαςςασ να
μεταφζρουν και να εναποκζτουν ςτθν ακτι διάφορα
αντικείμενα.
4. 5.1 Μηχανικά κφματα
Με ποιο τρόπο μεταφέρθηκε, ςτην
περίπτωςη αυτή, ενέργεια ςτο αμαξάκι;
Λζμε ότι μζςω του ςκοινιοφ διαδίδεται ζνα
κφμα το οποίο μεταφζρει ενζργεια.
Κφματα μποροφν να δθμιουργθκοφν όταν ζνα
ςφςτθμα, όπωσ για παράδειγμα ο αζρασ, θ
επιφάνεια τθσ κάλαςςασ, ζνα ςκοινί, ο φλοιόσ
τθσ γθσ κ.λπ., διαταράςςεται από τθν
κατάςταςθ ιςορροπίασ του και ενζργεια
ταξιδεφει από μια περιοχι του ςυςτιματοσ ςε
μια άλλθ.
5. 5.1 Μηχανικά κφματα
Τα κφματα ςτο νερό, τα κφματα που διαδίδονται κατά μικοσ ενόσ ςκοινιοφ ι ελατθρίου,
τα θχθτικά και τα ςειςμικά κφματα ονομάηονται μθχανικά κφματα γιατί μεταφζρουν
μθχανικι ενζργεια.
Στα κφματα αυτά θ ενζργεια μεταφζρεται μζςω του νεροφ, του αζρα, των πετρωμάτων
ςτο εςωτερικό τθσ γθσ, κακώσ και των ελατθρίων ι των ςκοινιών. Η δθμιουργία κάκε
είδουσ μθχανικοφ κφματοσ απαιτεί κάποιο υλικό μζςα ςτο οποίο μεταφζρεται θ μθχανικι
ενζργεια. Το υλικό αυτό ονομάηεται μζςο διάδοςησ του κφματοσ.
Ώςτε τα μθχανικά κφματα ζχουν δφο βαςικά κοινά χαρακτθριςτικά:
α. Διαδίδονται μζςα ςτα υλικά μζςα.
β. Μεταφζρουν μηχανική ενζργεια.
6. 5.1 Μηχανικά κφματα
Πώσ κινοφνται τα ςωματίδια του υλικοφ μζςου ςτο οποίο διαδίδεται ζνα μθχανικό κφμα;
Διακρίνουμε δφο βαςικοφσ τφπουσ κυμάτων ανάλογα με τον τρόπο κίνθςθσ των
ςωματιδίων του μζςου διάδοςθσ.
Αν ταλαντώςεισ το ζνα άκρο τεντωμζνου ελατθρίου που βρίςκεται πάνω ςε λείο
πάτωμα, κάκετα ςτον άξονά του, παρατθρείσ ότι θ παραμόρφωςθ/διαταραχι
«ταξιδεφει» κατά μικοσ του ελατθρίου. Οι ςπείρεσ όμωσ του ελατθρίου κινοφνται κάκετα
ςτθ διεφκυνςθ διάδοςθσ του κφματοσ.
7. 5.1 Μηχανικά κφματα
Αν κουνιςεισ δεξιά ι αριςτερά το άκρο
οριηόντιου
τεντωμζνου
ςχοινιοφ,
θ
παραμόρφωςθ ταξιδεφει κατά μικοσ του
ςχοινιοφ. Διαδοχικά τμιματα του ςχοινιοφ
κάνουν τθν ίδια κίνθςθ που προκαλζςαμε ςτο
άκρο του αλλά ςε επόμενουσ χρόνουσ. Τα
ςωματίδια του ςχοινιοφ μετατοπίηονται
κάκετα ςτθ διεφκυνςι του .
Στα δφο προθγοφμενα παραδείγματα τα
ςωματίδια του μζςου ταλαντώνονται κάκετα
ςτθ διεφκυνςθ διάδοςθσ του κφματοσ. Ζνα
τζτοιο κφμα ονομάηεται εγκάρςιο κφμα. Τα
κφματα ςτισ χορδζσ τθσ κικάρασ ι του πιάνου
είναι επίςθσ εγκάρςια κφματα.
8. 5.1 Μηχανικά κφματα
Σε ελατιριο είναι δυνατόν να διαδοκεί και ζνασ άλλοσ τφποσ κφματοσ: Αν ςτο ζνα
άκρο του ελατθρίου πλθςιάςουμε με τα δφο μασ χζρια τισ ςπείρεσ του ελατθρίου
ζτςι ώςτε να δθμιουργθκεί ζνα πφκνωμα ςπειρών και μετά τισ αφιςουμε ελεφκερεσ,
τότε το πφκνωμα των ςπειρών διαδίδεται κατά μικοσ του ελατθρίου
Αν μετακινιςεισ το ζμβολο μπροσ ι πίςω, τότε ςτο χώρο μζςα ςτο ςωλινα που είναι
ακριβώσ πίςω από το ζμβολο δθμιουργοφνται ςτρώματα αζρα μεγάλθσ και μικρισ
πίεςθσ ι μεγάλθσ και μικρισ πυκνότθτασ αντίςτοιχα (πυκνώματα ι αραιώματα). Τα
πυκνώματα και αραιώματα αυτά διαδίδονται κατά μικοσ του ςωλινα μζςα ςτο αζριο.
9. 5.1 Μηχανικά κφματα
Σ' αυτά τα παραδείγματα τα ςωματίδια του μζςου μζςα ςτο οποίο διαδίδεται το
κφμα ταλαντώνονται κατά τθν ίδια διεφκυνςθ που διαδίδεται το κφμα.
Ζνα τζτοιο κφμα ονομάηεται διάμηκεσ κφμα.
Παράδειγμα διαμικουσ κφματοσ είναι τα θχθτικά κφματα.
Τα διαμήκη κφματα διαδίδονται ςτα ςτερεά, ςτα υγρά και ςτα αζρια, ενώ τα
εγκάρςια διαδίδονται μόνο ςτα ςτερεά.
10. 5.1 Μηχανικά κφματα
Αν και τα κφματα που δθμιουργοφνται ςτο βάκοσ μιασ λίμνθσ ι τθσ κάλαςςασ
είναι διαμικθ, τα κφματα που δθμιουργοφνται ςτθν επιφάνεια του νεροφ δεν
μοιάηουν με αυτά.
Κακώσ διαδίδεται ζνα κφμα ςτθν επιφάνεια ενόσ υγροφ, τα ςωματίδια κινοφνται
τόςο παράλλθλα όςο και κάκετα ςτθ διεφκυνςθ διάδοςθσ του κφματοσ, με τελικό
αποτζλεςμα οι τροχιζσ τουσ να είναι κυκλικζσ.
Το κφμα που διαδίδεται με αυτό τον τρόπο αποτελεί ζνα μίγμα εγκαρςίων και
διαμθκών κυμάτων.
