Bølger

Grundbeskrivelse

Bølger på en vandoverflade eller en udspændt snor er et velkendt, synligt fænomen. Lyd og lys udbreder sig også som bølger, men det er ikke så ligetil at se.

Bølgebevægelse. (Dave3457, Wikimedia Commons).

Ved en bølge foregår der en udbredelse af en svingning omkring en ligevægt. Derimod sker der ingen netto transport af stof - f.eks. bliver vandet liggende, mens bølgerne passerer forbi på overfladen. På samme måde bliver luften liggende, når en lydbølge løber forbi. På figuren løber bølgen mod højre, mens kuglen bliver liggende.

Det kan være flere forskellige ting, der tager del i svingningerne. I en bølge på en vandoverflade er det vandmolekylerne, der svinger. En lydbølge er udsving i luftmolekylerne, der forplanter sig fra det ene molekyle til det næste. Lys og radiobølger er svingende elektriske og magnetiske felter.

Uddybende beskrivelse

Bølger kan uden videre passere gennem hinanden i forskellige retninger. Der er to væsentlige egenskaber, som er fælles for alle bølger. Det er bølgelængden - afstanden mellem to bølgetoppe - og frekvensen - hvor mange bølgetoppe, der passerer i sekundet.

Ganger man bølgelængden λ med frekvensen f, får man bølgens hastighed v. En lydbølge med en frekvens på 1000 Hertz - 1000 svingninger i sekundet - har en bølgelængde på omkring 34cm. Ganger man de to tal får man lydens hastighed, 340m/s. Der gælder på den måde en simpel sammenhæng mellem en bølges frekvens f, dens bølgelængde λ og dens hastighed v:

v = λ · f

Overordnet set kan en bølge opfattes som en række bølgetoppe og -dale, der passerer et givet sted. Man kan også se bølgefænomement som en række af koordinerede svingninger. Udsvingene hvert enkelt sted langs bølgens udbredelse svinger med samme frekvens som bølgen.

De lokale svingninger sker senere og senere, når man betragter steder langs bølgens udbredelse. Det ser udadtil ud, som bølgetoppen flytter sig, men det er i virkeligheden, fordi udsvinget først når ud i yderpunktet lidt senere, når man ser på et sted lidt henne af udbredelsen.

Matematisk kan en bølge beskrives ved dette udtryk for udsvinget y som funktion af de to variable tiden t og afstanden x:
\[{y = A \cdot \sin ( 2 \pi \cdot f \cdot t - 2 \pi \cdot \frac{x}{\lambda })}\]
Amplituden A er det maksimale udsving og sin betegner sinusfunktionen, der svinger mellem -1 og 1 med en periode på 2π. Ligesom ovenfor betegner f og λ henholdsvis frekvensen og bølgelængden.

Man taler om to typer af bølger, længdebølger og tværbølger. Tværbølgerne er f.eks. de der er på en svingende snor eller streng hvor bølgens udsving er vinkelret på udbredelsesretningen. Længdebølger er bølger, f.eks. i luft, hvor udbredelsesretningen og bølgeretningen har samme retning. Bølgen der består altså af fortætninger og fortyndinger af luften. Længdebøleger kan også forekomme andre steder f.eks. i en metalstang, som slås på enden eller kompressionsbølger i vand.

Michael Quaade