SimReal - Bølger - Oppgaver

01.

SHM - Refleksjon - Fast ende
En serie med røde kuler (som skal representere deler av en sammenhengende snor vises).
Lengst til venstre vises en grønn kule.
Ved en bølgebevegelse kan det se ut som de enkelte kulene beveger seg mot høyre, men dette er ikke tilfellet.
Hver enkelt kule (hver enkelt del av snoren) utfører kun en vertikal bevegelse idet bølgepulsen passerer.
Dette kan vises tydeligere ved å klikke på en av de rød kulene.
Fargen skiftes da til grønn. Siden denne fargen skiller seg ut fra de øvrige røde kulene, er det nå enklere å følge denne (grønne) kulens bevegelse.
Et nytt klikk på denne kulen vil endre fargen til rød igjen.

Velg 'Automatisk - SHM'.
Husk at radiobutton 'Puls' er valgt.
Start simuleringen.
Velg frekvens vha scrollbaren 'Frekv' (frekvensen er initielt satt til null).
Den grønne kula lengst til venstre vil nå gjennomgå en enkel harmonisk bevegelse
(SHM = Simple Harmonic Motion).
En slik SHM er den samme bevegelse som en kloss gjennomgår når den er festet til en elastisk fjær, trekkes ut fra likevektstillingen og slippes.
Vi får nå generert en en sinus-bølge (eller cosinus-bølge) som beveger seg mot høyre.
I dagliglivet støter vi ofte på bølger som slett ikke er så 'pene' sinus-bølger (f.eks. vannbølger, bølger på en gitarstreng osv.).
Det kan imidlertid matematisk vises at en hvilken som helst bølge er en superposisjon av slike sinus-bølger.
Derfor er kunnskap om disse 'pene' sinus-bølgene svært viktig.
Kontroller vha universalmåleinstrumentet hvorvidt frekvensen som vises til høyre for scrollbaren stemmer.
Mål bølgelengde og bølgehastighet (forplantningshastighet) (hint: Benytt universalmåleinstrumentet og hjelpevektorene) og kontroller hvorvidt forplantningshastighet er lik bølgelengde multiplisert med frekvensen.
Bølgehastigheten er den samme i alle disse bølgepuls-simuleringene.

02.

SHM - Refleksjon - Fast ende
Samme som oppgave 01, men denne gang velges 'Puls Refleksjon - Fast ende' istedet for 'Puls'.
Denne gang vil to sinus-bølger (innkommende og reflektert) møtes og superponeres.

Forsøk å velge den laveste frekvensen som gir et knutepunkt i hver ende.
Hint: Plasser en hjelpevektor ved den grønne venstre kula for å finne den laveste frekvensen som gjør at denne kula ikke beveger seg.
Merk deg frekvensen f₁.
Ved stående bølger som dette vil avstanden mellom to nabo-knutepunkter være lik halvparten av bølgelengden til hver av de to enkelt-bølgene.
Kontroller hvorvidt bølgehastigheten (målt i oppave 06) er lik bølgelengden til hver av de to enkeltbølgene multiplisert med den avleste frekvensen.

Finn deretter den frekvensen som gir et knutepunkt i midten i tillegg til de to knutepunktene i enden.
Kontroller knutepunkt i venstre ende vha hjelpevektorer.
Kontroller knutepunkt ved midten ved å gjøre denne kulen grønn (klikk på den).
Kontroller at denne frekvensen f₂ = 2*f₁. Mål avstanden mellom to nabo-knutepunkter og bestem bølgelengden.
Kontroller igjen at bølgehastighet er lik bølgelengde multiplisert med frekvens.

Finn deretter den frekvensen som gir to knutepunkter i tillegg til de to knutepunktene i enden.
Kontroller knutepunkt i venstre ende vha hjelpevektorer.
Kontroller knutepunktene inne i bølgen ved å gjøre disse to kulene grønne (klikk på dem).
Kontroller at denne frekvensen f₃ = 3*f₁. Mål avstanden mellom to nabo-knutepunkter og bestem bølgelengden.
Kontroller igjen at bølgehastighet er lik bølgelengde multiplisert med frekvens.

Prøv det samme som ovenfor med tre og fire knutepunkter i tillegg til de to knutepunktene i enden.

03.

Longitudinelle bøler - SHM - Refleksjon - Fast ende
Samme som oppgave 02, men denne gang merkes av i tillegg i checkboksene 'Longitudinell bølge' (og eventuelt 'Longitudinell bølge bred' for å se en noe bredere bølge).

Finn den frekvensen som gir to knutepunkter i tillegg til de to knutepunktene i enden.
Kontroller knutepunkt i venstre ende vha hjelpevektorer.

Kontroller ett av knutepunktene inne i den transverselle bølgen ved å gjøre denne kulen grønn (klikk på den).
Merk av tilhørende kule(r) i den longitudinelle bølgen, og kontroller at trykk-endringene i den longitudinelle bølgen er størst der vi har slike forflytnings-knutepunkter (forflytnings-noder).

Kontroller en av antinodene inne i den transverselle bølgen ved å gjøre denne kulen grønn (klikk på den).
Kjør deretter simuleringen stegvis inntil denne antinode-kulen passerer likevektstillingen.
Gå rett opp (bruk hjelpevektorer) til den transverselle bølgen og merk av tilhørende kule(r) i den longitudinelle bølgen, og kontroller ved å starte simuleringen igjen at trykk-endringene i den longitudinelle bølgen er minst der vi har slike forflytnings-antinoder.