Falownica

W katalogu Fabryki Pomocy Naukowych w Nysie na s 40 - 41 można znaleźć trzy zatwierdzone przez ekspertów z MEN, a bardzo przydatne w szkole, przyrządy zaprojektowane przez niżej podpisanego. Są to wózki do mechaniki, chronograf i falownica. Na ten ostatni przyrząd chciałbym w tym komunikacie zwrócić uwagę. Na zdjęciu w katalogu widzimy przyrząd Nr Kat. 03-164 Na pętli z folii narysowana jest sinusoida w dwóch kolorach. Pokręcanie rolkami w którymkolwiek kierunku powoduje przemieszczanie się sinusoid w przeciwne strony co ma obrazować ruch fal o jednakowych charakterystykach.

Przyrząd pozwala zobaczyć to, czego w rzeczywistości ani oko ani żadna kamera nie uchwyci. Przyrząd pozwala zatrzymać czas i oglądać dwie fale składowe, które w wyniku interferencji dają stan sumaryczny (wypadkowy), w sytuacji pokazanej powyżej wynik takiej interferencji jest oczywisty. Cisza, zero, wygaszenie. W tej chwili w każdym miejscu wychylenia sumują się do zera. Ze zdjęcia ośrodka w którym te fale się rozchodzą nie można by się niczego dowiedzieć, nawet tego czy w ogóle coś się w tym ośrodku dzieje.

Gdyby narysowane fale biegły w tym samym kierunku, byłby to kierunek ciszy, linia węzłów, kierunek destruktywnej interferencji, co np. w doświadczeniu Younga oznaczałoby kierunek w którym należy szukać ciemności na ekranie. Jeśli jednak takie dwie fale biegną w przeciwne strony, to wskaźnik W (pokazany na zdjęciu i oznaczający wybrane miejsce ośrodka w którym fale się przemieszczają) oznacza miejsce gdzie powstaje strzałka fali stojącej. Tak, strzałka, mimo, że 90% czytelników uważa w pierwszej chwili, że popełniłem błąd. Węzeł powstaje w odległości równej ćwierć długości fali w prawo lub w lewo od wskaźnika. Tam zawsze wychylenia będą przeciwne i jednakowe.

Jestem przekonany, że przyrząd ten wielu młodym i starszym pozwoli zrozumieć sens zjawiska nazwanego FALA STOJĄCA. Może niektórym tylko nieco skoryguje sposób myślenia. Jeśli tak się stanie to będę zadowolony. A jeśli ktoś napisze szczerze, .... że rzeczywiście, to już nie mam słów by opisać jak mi będzie miło.

Dygresja
Myślimy bardzo standardowo. Jak ktoś chce bym, narysował falę to od ręki rysuję (proszę się też przyznać) sinusoidę o amplitudzie porównywalnej do połowy długości fali. A przecież sinusoidą może też być krzywa, której stosunek dwóch wspomnianych wielkości jest dowolnie duży lub dowolnie mały. Proszę pomyśleć: milion fal na centymetrze, albo jedna na kilku kilometrach. Proszę zwrócić uwagę: fale stojące na strunie (w wielu publikowanych materiałach) sugerują, że struna w czasie drgań wydłuża się prawie dwukrotnie!!
Koniec dygresji

Majsterkowiczom proponuję wykonanie przyrządu domowym sposobem. Może nie będzie tak estetyczny i długotrwały jak ten profesjonalny z Nysy, ale swoją rolę w poznaniu idei fali stojącej może spełnić.

Gdyby opisany przyrząd "ożył" i miał rzeczywiście możliwość pokazania fali stojącej powstałej z narysowanych tu dwu sinusoidalnych fal, to nasza fala stojąca w momencie największego wychylenia (1/4 T po chwili przedstawionej na zdjęciu powyżej) wyglądałaby tak jak to pokazuje rysunek poniżej.

Na zakończenie propozycja zadania:
Na tablicy kopiujemy sinusoidy z pierwszego zdjęcia. Pamiętamy o strzałkach wskazujących kierunek biegu fal składowych. Rysunek (abstrakcyjny) przedstawia dwie identyczne fale biegnące w tym samym ośrodku w przeciwnych kierunkach. Pokaż na tym samym rysunku w różnych kolorach:
1. jak wygląda zaburzenie ośrodka w chwili przedstawionej na rysunku, oraz
2. to samo ale 1 okresu później.
Po przedyskutowaniu w klasie zadania na następnej lekcji, można dla upewnienia się czy wszystko wszystkim jasne zaproponować krótki 3 - minutowy test. Ten sam rysunek tylko fale zmieniły kierunki na przeciwne. Jak w tym przypadku wygląda zaburzenie ośrodka 1 okresu później.

Bardzo czekam na komentarze Państwa.