Ringer i dammen: hvorfor bølger krymper når de sprer seg

Et pedagogisk simuleringsspill. Forutsi hvor høy en bølge er lenger fra steinen, hvordan energien fordeles rundt ringen, hvor den synker til 1 cm, og hva en større stein eller en rett bølge gjør. Se så ringen gå over dammen.

AmplitudeEnergien i en bølge

RINGER I DAMMEN

Fire ganger så langt

Klar
Slå på JavaScript for å kaste steiner i dammen. Instruksjonene og det gjennomregnede eksemplet kan fortsatt leses.
BølgeDupperForutsigelsen dinLiten stein og hjelpelinjer
BølgerA ∝ 1 ÷ √r

Tid

0.00 s

t

Avstand fra steinen

— m

r = v·t

Bølgehøyde

— cm

A

Lengden av bølgefronten

— m

2π·r

Bølgefart

— m/s

v

Forutsi før du starter

Skriv forutsigelsen din for å gjøre alt klart. Start er av til det finnes et svar.

Forutsi hvor høy bølgen er.

Oppdragspoeng—

Hvert svar må være innenfor 2 %: hvert gir 100 poeng. Riktig på første forsøk gir 50 ekstra. Et forsøk teller så snart det starter.

✓ Riktig svar① På første forsøk

Slik spiller du Ringer i dammen

  1. Velg et forsøk og les høydene og avstandene på kortet.
  2. Husk at energien i ringen fordeles på lengden 2π·r, og at energien vokser med kvadratet av høyden.
  3. Skriv forutsigelsen din og trykk Start. Ringen går over dammen i sanntid.
  4. Sammenlign de oransje merkene med duppene i sideriss og med kurven til høyre.

Hvorfor krusninger blir mindre

Amplituden til en bølge er hvor høyt overflaten løfter seg over hvilenivået. Den forteller hvor mye energi bølgen bærer: energien vokser med kvadratet av amplituden, så en bølge som er dobbelt så høy, bærer 4 ganger så mye energi. Når en stein faller i en dam, gir den vannet en fast mengde energi, og bølgen bærer den utover i en ring. Når ringen vokser, fordeles den samme energien på en stadig lengre sirkel, 2π·r, så hver meter av ringen får mindre: energien per meter synker som 1 ÷ r og høyden som 1 ÷ √r. Fire ganger så langt ute er bølgen halvparten så høy. Lyd og lys sprer seg i alle retninger, over en kule, så intensiteten synker raskere, som 1 ÷ r². En bølge som ikke sprer seg, som en rett bølge fra en lang planke eller en bølge på et tau, beholder høyden. Ekte krusninger mister også litt energi til friksjon, så de krymper litt raskere.

En avgrenset læringsmodell

Vannet er ideelt: ingenting går tapt til friksjon, og ringen går utover med jevne 1 m/s (ekte krusninger er saktere og deler seg i flere ringer). Bølgen er én jevn topp omtrent 40 cm bred, og høyden følger nøyaktig A = A₁·√(r₁ ÷ r); en rett bølge beholder høyden. I sideriss er høydene tegnet mye større enn lengdene. Svar innenfor 2 % er riktige.

Når du bytter språk, beholdes forsøket, forutsigelsen, forsøkene og forløpet.