6.5. Mehāniskie viļņi

Vilnis ir vides daļiņu mehānisko svārstību izplatīšanās process kādā vidē. Viļņus var izraisīt un novērot, piemēram, iemetot akmeni ūdenī. Uz ūdens virsmas veidojas koncentriski viļņu gredzeni, kas pārvietojas pa ūdens virsmu.

Ja ūdenī peld lapas vai citi nelieli priekšmeti, tad var redzēt, ka šie priekšmeti svārstās augšup un lejup, bet nepārvietojas kopā ar viļņiem. Tas rāda, ka ūdens virsmas slānis (šī ūdens slāņa daļiņas) svārstās augšup un lejup, bet nepārvietojas horizontālā virzienā. Šādas svārstības izplatās vidē viļņu veidā.

3. att. Uz ūdens virsmas rodas koncentriski
viļņu gredzeni, kas pārvietojas pa ūdens virsmu
(© Foto: Toms Grīnbergs, LU Preses centrs)

Attālumu, kādā izplatās svārstības perioda laikā, sauc par viļņa garumu. To apzīmē ar grieķu valodas burtu λ. Viļņa garums ir attālums starp tuvākajiem vides punktiem, kas svārstās vienādi. Vilni, kurā daļiņu svārstību virziens ir perpendikulārs viļņa izplatīšanas virzienam, sauc par šķērsvilni. Šķērsviļņi veidojas tikai elastīgā vidē (cietās vielās). Izņēmums ir viļņi uz šķidruma (ūdens) virsmas, kas atrodas smaguma spēka iedarbībā.

Ja vides daļiņas svārstās paralēli viļņa izplatīšanās virzienam, tad tādu vilni sauc par garenvilni.

Šādi viļņi izplatās visās vidēs: cietās vielās, šķidrumos, gāzes. Gaisā izplatās tikai garenviļņi.

Viļņa izplatīšanas ātrums ir vienāds ar viļņa izplatīšanās attālumu laika vienībā. Viļņa ātrumu aprēķina šādi:

,

kur λ – viļņa garums, T –periods, ν – frekvence.

Katrai videi ir savs raksturīgs viļņa izplatīšanās ātrums. Tas atkarīgs no vides blīvuma un no vides daļiņu mijiedarbības.