struka(e): fizika

val, širenje poremećaja kojim se prenosi energija kroz medij, a da se medij kao cjelina ne pomiče. Opisuje ga valna jednadžba. Kada se nađe na granici između dvaju medija, dolazi do njegova ogiba, refrakcije ili refleksije i u posebnim uvjetima do stojnoga vala.

Svojstva valova

Valna duljina (λ) udaljenost je između dvaju brjegova ili dolova sinusoidalnoga vala; period vala (T) vrijeme je koje protekne dok se val pomakne za jednu valnu duljinu; valni broj (k) veličina je recipročna valnoj duljini; frekvencija (ν) veličina je recipročna periodu, i fazni pomak udaljenost je između najbližih brjegova ili dolova dvaju valova jednake frekvencije i smjera širenja. Val može biti jednostavan (sinusoidalan) i složen (sadržavati više valova ili više harmonike). 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, t vrijeme širenja vala i vt fazni pomak. Valna fronta ploha je okomita na pravac širenje vala koja sadržava sve susjedne točke sredstva za koje je pomak od ravnotežnog položaja u nekom smjeru najveći. Ako se u isto vrijeme na istome mjestu nađu dva vala, doći će do njihove interferencije, a složenije valno gibanje može se prikazati kao superpozicija sinusoidalnih valova različitih amplituda i frekvencija. Koherentni valovi, valovi uzajamno jednaki po frekvenciji, faznom pomaku, polarizaciji (→ laser), omogućuju da se vidi interferencijska slika (npr. pruge interferencije). Ako se izvor valova ili/i promatrač gibaju, s pomoću Dopplerova efekta može se odrediti njihova brzina, što se primjenjuje u astronomiji, medicini, prometu i dr.

Širenje valova

Brzina širenja valova ovisi o mediju kroz koji 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).

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. rendgensko zračenje). 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.

Prigušenje vala posljedica je pretvorbe energije vala u druge oblike (npr. u toplinu). Kolika će se energija apsorbirati, ovisi o vrsti medija i o frekvenciji vala, npr. žuto staklo propušta žutu svjetlost, a apsorbira zelenu i crvenu (→ apsorpcijski koeficijent).

Vrste valova

Mehanički valovi (npr. potresni valovi i zvuk) šire se u elastičnom mediju (npr. zrak, voda, stijene) titranjem čestica povezanih elastičnim silama oko ravnotežnoga položaja; energija mehaničkih valova to je veća što je veća amplituda titranja, a izvor valova svako je tijelo koje titra (npr. izvor zvuka je žica glazbenog instrumenta). Impulsni (pulsni) valovi kratkotrajni su poremećaji u sredstvu kroz koje se šire.

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. Prema načinu širenja i ovisno o izvoru, valovi mogu biti ravni ili kuglasti, jednodimenzionalni, dvodimenzionalni i trodimenzionalni. Elektromagnetski impulsi kratkotrajne su emisije elektromagnetskih valova.

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 Louisa Victora 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 koji se širi brzinom svjetlosti. Predvidio ih je Albert Einstein u općoj teoriji relativnosti 1916., a prvi su put zapaženi 2015.

Citiranje:

val. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2013. – 2024. Pristupljeno 26.5.2024. <https://enciklopedija.hr/clanak/val>.