Dyspersja fali

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Dyspersja (fala))
Skocz do: nawigacja, szukaj

Dyspersja fali – zależność prędkości fazowej i grupowej fali od jej częstotliwości.

Dyspersję fali oraz zjawiska z niej wynikające obserwuje się w ośrodku, którego właściwości zależą od częstotliwości (długości fali). Jeżeli prędkość fazowa i grupowa fali nie zależy od jej częstotliwości, o takiej fali mówi się że nie ulega dyspersji, a ośrodek nazywa się niedyspersyjnym.

W wyniku rozchodzenia się fal w ośrodku dyspersyjnym fale o różnej częstotliwości rozchodzą się z różną prędkością; oznacza to, że prędkość rozchodzenia się odpowiedniego sygnału, zwana prędkością grupową, jest inna niż prędkość rozchodzenia się fazy fali (prędkość fazowa) i także zależy od częstotliwości.

Dyspersja jest zjawiskiem powszechnym: ulegają jej prawie wszystkie rodzaje fal w bardzo wielu ośrodkach.

Dyspersja fal elektromagnetycznych[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Dyspersja (optyka).

Dyspersji ulega fala elektromagnetyczna, w tym światło. Światło, rozchodząc się w ośrodku materialnym, może ulec rozszczepieniu na fale o różnej częstotliwości. Z tego powodu zjawisko rozszczepienia światła nazywane jest dyspersją, choć zjawisko dyspersji fal jest zjawiskiem ogólniejszym.

Dyspersja jest nazywana normalną, gdy współczynnik załamania w sposób ciągły zmniejsza się wraz ze wzrostem długości fali. Gdy materiał wykazuje selektywną absorpcję, wówczas dla pewnych zakresów długości fal współczynnik załamania może rosnąć przy wzroście długości fali. Taką dyspersję nazywamy anomalną.

Dyspersja fal na wodzie[edytuj | edytuj kod]

Falami ulegającymi dyspersji są też fale na wodzie. Fale te mają większą prędkość, gdy poruszają się na głębszej wodzie, a mniejszą na płytszej – w wyniku tego zachodzą następujące zjawiska:

  • czoło fali przy brzegu jest prawie równoległe do brzegu, a kierunek ruchu fali jest do brzegu prostopadły
  • gdy fala przechodzi na płytką wodę, to
    • odległość między kolejnymi grzbietami fali (długość fali) się zmniejsza
    • fala zmienia kierunek ruchu
    • rośnie wysokość fali, czyli jej amplituda.

Gdy fala znajdzie się na jeszcze płytszej wodzie, to wysokość fali jest porównywalna z głębokością wody, grzbiet porusza się szybciej niż dolina, a na fali tworzą się „bałwany”. Z fizycznego punktu widzenia oznacza to, że przestaje obowiązywać zasada superpozycji fal i fala przestaje być falą harmoniczną.

Rozchodzenie się fali modulowanej ulegającej dyspersji jak fala na wodzie (punkt czerwony porusza się z prędkością fazową, a zielony z grupową)
Rozchodzenie się fali modulowanej nieulegającej dyspersji

Inne[edytuj | edytuj kod]

Dyspersją nazywa się także zależność prędkości rozchodzenia się fali od innych czynników, na przykład w światłowodzie.

Zjawisko dyspersji w światłowodach (zależność przenikalności elektrycznej ośrodka od częstości fali) jest bardzo małe, lecz ma istotny wpływ na rozchodzenie się impulsów ze względu na duże odległości przesyłania (wpływ dyspersji kumuluje się wraz z drogą propagacji) i stosowanie coraz krótszych impulsów (widmo impulsów jest tym szersze, im krótszy jest impuls).