Jeśli wrzucisz kamyk do stawu ze stojącą wodą, powierzchnia wody zostanie zakłócona. Zakłócenie nie pozostaje ograniczone do jednego miejsca, ale rozprzestrzenia się na zewnątrz wzdłuż okręgu. Jeśli nadal będziesz wrzucał kamyki do stawu, zobaczysz kręgi szybko poruszające się na zewnątrz od miejsca, w którym powierzchnia wody jest zaburzona. Daje to wrażenie, jakby woda wypływała na zewnątrz z miejsca zakłócenia. Jeśli położysz kawałki korka na zakłóconej powierzchni, zobaczysz, że kawałki korka poruszają się w górę iw dół, ale nie oddalają się od środka zakłócenia. Pokazuje to, że masa wody nie wypływa na zewnątrz wraz z kręgami, ale raczej powstaje poruszające się zaburzenie. Podobnie, kiedy mówimy, dźwięk rozchodzi się od nas na zewnątrz, bez przepływu powietrza z jednej części ośrodka do drugiej. Zakłócenia wytwarzane w powietrzu są znacznie mniej oczywiste i tylko nasze uszy lub mikrofon mogą je wykryć. Te wzorce, które poruszają się bez faktycznego fizycznego transferu lub przepływu materii jako całości, nazywane są falami.
Fale przenoszą energię, a wzór zakłóceń zawiera informacje, które rozchodzą się z jednego punktu do drugiego. Cała nasza komunikacja polega zasadniczo na transmisji sygnałów za pomocą fal. Mowa oznacza wytwarzanie fal dźwiękowych w powietrzu, a słuch polega na ich wykrywaniu. Często komunikacja obejmuje różne rodzaje fal. Na przykład fale dźwiękowe można najpierw przekształcić w sygnał prądu elektrycznego, który z kolei może generować falę elektromagnetyczną, która może być transmitowana kablem optycznym lub przez satelitę. Wykrywanie oryginalnego sygnału zwykle obejmuje te kroki w odwrotnej kolejności.
Nie wszystkie fale wymagają ośrodka do rozchodzenia się. Na przykład fale świetlne mogą przemieszczać się w próżni. Światło emitowane przez gwiazdy oddalone o setki lat świetlnych dociera do nas przez przestrzeń międzygwiazdową, która jest praktycznie próżnią.
Kilka przykładów fal to – fale oceaniczne, fale dźwiękowe, fale świetlne, trzęsienia ziemi, fale telewizyjne i radiowe, promieniowanie rentgenowskie, światłowody, lasery, mikrofale w piekarnikach itp.
1. Fale mechaniczne:
Najbardziej znanym typem fal, takich jak fale na strunie, fale wodne, fale dźwiękowe, fale sejsmiczne itp., są tak zwane fale mechaniczne. Fale te wymagają medium do rozchodzenia się, nie mogą rozchodzić się w próżni. Polegają one na oscylacjach cząstek składowych i zależą od sprężystych właściwości ośrodka.
Fale mechaniczne występują w dwóch różnych postaciach – fali poprzecznej i fali podłużnej.
Fala poprzeczna to fala, która powoduje, że cząstki, po których przechodzą, wibrują pod kątem prostym do kierunku, w którym poruszają się fale. Porusza ośrodek prostopadle do ruchu fali. Na przykład wyobraź sobie łódkę podskakującą w górę iw dół na wodzie, gdy przechodzi fala; wibrująca struna gitary itp.
Fala podłużna to fala, która powoduje, że cząstki, po których przechodzą, wibrują równolegle do kierunku, w którym poruszają się fale. Porusza ośrodek równolegle do ruchu fali. Na przykład śliskie fale, które pchasz i ciągniesz itp.
2. Fale elektromagnetyczne:
Fale elektromagnetyczne to inny rodzaj fal. Fale elektromagnetyczne niekoniecznie wymagają ośrodka – mogą rozchodzić się w próżni. Światło, fale radiowe, promieniowanie rentgenowskie to fale elektromagnetyczne. W próżni wszystkie fale elektromagnetyczne mają tę samą prędkość.
3. Fale materii:
Trzeci rodzaj fal to tak zwane fale materii. Materia składa się z atomów, a atomy składają się z protonów, neutronów i elektronów. Funkcja falowa cząstki materialnej jest często nazywana falą materii. Każda materia może wykazywać zachowanie podobne do fal. Na przykład wiązka elektronów może ulec dyfrakcji, podobnie jak wiązka światła lub fala wodna. Są koncepcyjnie bardziej abstrakcyjne niż fale mechaniczne lub elektromagnetyczne; znalazły już zastosowanie w kilku urządzeniach podstawowych dla nowoczesnej technologii; fale materii związane z elektronami są wykorzystywane w mikroskopach elektronowych.
