Fale stojące

Ważnym dla nas rodzajem fali jest fala stojąca. Fale stojące są obecne w instrumentach muzycznych i to dzięki nim instrument wytwarza dźwięk o odpowiedniej częstotliwości (lub wysokości, termin używany w muzyce). Fale stojące nie przemieszczają się, ponieważ są zamknięte w instrumencie. Na przykład, w instrumencie strunowym, takim jak gitara czy skrzypce, cała struna wibruje, ale fala nie przemieszcza się, ponieważ jest uwięziona w strunie, a struna ma punkty końcowe (gdzie jest przymocowana do instrumentu lub przytrzymywana przez palec muzyka). Ponieważ końce są przymocowane na stałe, amplituda w tych punktach musi pozostać zerowa, ale amplituda w środku struny może się zmieniać. To ogranicza długość fali możliwej do uzyskania przez strunę. Właściwości struny, takie jak jej masa/długość i napięcie, określają prędkość, a częstotliwość jest określana na podstawie kombinacji długości fali i prędkości.

Harmonia, czyli częstotliwość fali stojącej, w strunie.

Co oznacza prędkość? Fala stojąca pochodzi od fali podróżującej w dół struny, odbijającej się od stałych końców, odwracającej kierunek, odbijającej się ponownie… kiedy częstotliwość/długość fali/prędkość pasują do siebie, odbicia fali wzmacniają się wzajemnie, lub interferują konstruktywnie, co nazywamy rezonansem. Rezonans ogólnie opisuje drgania, które są wzmacniane przez szczególne właściwości otoczenia, ponieważ odpowiadają ich naturalnym częstotliwościom. Kiedy fale o niewłaściwej długości fali odbijają się od siebie, powodują destrukcyjną interferencję między sobą. W rezultacie struna może z łatwością wibrować w swoich naturalnych, rezonansowych częstotliwościach, ale nie może tak naprawdę wibrować w innych częstotliwościach, ponieważ te fale się znoszą. Na przykład, harfa (instrument z wieloma strunami) będzie śmiać się razem z Tobą, ponieważ niektóre struny dopasują się do niektórych częstotliwości Twojego śmiechu i zaczną rezonować, tworząc fale dźwiękowe w powietrzu. Oto 1-minutowy filmik pokazujący wykorzystanie rezonansu do rozbicia szklanki. Oto niesamowity film pokazujący lokalizację 2-D fal stojących przy użyciu metalowych płytek i smyczka skrzypiec.