Надолжен бран

Надолжен бран (лонгитудитален бран) — бран каде вибрацијата на средината е напоредна на насоката во која патува бранот и поместувањето на средината е во иста (или спротивна) насока на тоа патување. Механичките надолжни бранови се нарекуваат и набивни бранови бидејќи предизвикуваат збивање и проретчување кога минуваат низ средината, а притисочни бранови бидејќи прават покачување или намалување на притисокот. Добра нагледна претстава е бранот долж истегната пружина, каде растојанието меѓу навоите се зголемува и намалува. Примери за ова се звучните бранови (вибрации во притисок, поместување на честички и честична брзина на патување во растеглива средина) и сеизмичките P-бранови (предизвикани од земјотреси и експлозии).

Друг главен вид на бран е попречниот бран, каде поместувањата на средината се нормални на насоката на брановото патување. На пример, попречните бранови опишуваат некои обемни звучни бранови во цврсти материјали (но не во флуиди); тие се нарекуваат „смолкнувачки бранови“ за да се разликуваат од (надолжните) притисочни бранови кои исто така се јавуваат во овие материјали.

Звучни бранови

Кај надолжните хармониски звучни бранови, честотата и брановата должина може да се опише со формулата

y(x,t)=y_{0}\cos \!{\bigg (}\omega \!\left(t-{\frac {x}{c}}\right)\!{\bigg )}

каде:

y е поместувањето на точка во патувачкиот звучен бран;

Ширење на сенасочен пулсен бран на дводимензионална решетка (емпириски облик)
x е растојанието од точката до изворот на бранот;
t е изминатото време;
y₀ е замавот на колебањата,
c е брзината на бранот; и
ω е аголната честота на бранот.

Величината x/c е времето потребно бранот да помине растојание x.

Обичната честота (f) на бранот е

f={\frac {\omega }{2\pi }}.

Брановата должина може да се пресмета како односот помеѓу брановата брзина и обичната честота.

\lambda ={\frac {c}{f}}.

Кај звучните бранови, замавот е разликата помеѓу притисокот на незасегнатиот воздух и најголемиот притисок предизвикан од бранот.

Брзината со која патува звукот зависи од видот, температурата и составот на средината низ која тој поминува.

Притисочни бранови

Гореприкажаната равенка за звук во флуиди важи и за акустични бранови во растеглива цврста материја. Иако во цврстите тела може да има и попречни бранови (наречени S-бранови во сеизмологијата), надолжните звучни бранови во цврстите материи се јавуваат во брзината и бранова импеданса зависно од густината на материјалот и неговата крутост, од кои второто е опишано (како звук во гас) од модулот на збивливост на материјалот.^[1]

Во мај 2022 г. НАСА известила за сонификација (претворање на астрономски податоци за притисочни бранови во звук) на црна дупка во средиштето на галактичкото јато Персеј.^[2]^[3]

Електромагнетика

Максвеловите равенки водат до предвидување на електромагнетните бранови во вакуум, кои се строго попречни бранови поради тоа што им треба честички кои би ги вибрирале. Нивните електрични и магнетни полиња од кои се состои бранот се нормални на насоката на брановото движење.^[4] Меѓутоа, плазмените бранови се надолжни бидејќи тие не се електромагнетни, туку густински бранови од наелектризирани честички, но кои можат да се спојат во електромагнетното поле.^[4]^[5]^[6]

По обидите да ги воопшти Максвеловите равенки, Оливер Хевисајд заклучил дека електромагнетните бранови не можат да се сретнат како надолжни бранови во „слободен простор“ или еднородни средини.^[7] Максвеловите равенки, како што денес ги разбираме, го задржуваат тој заклучок: во слободнопросторни или други еднородни изотропни диелектрици, електромагнетните бранови се строго препречни. Сепак, електромагнетните бранови може да имаат надолжна составница во електрични и/или магнетни полиња кога минуваат низ дволомни материјали или нееднородни материјали, особено на границите (на пример, површинските бранови) како Зенековите бранови.^[8]

Со развојот на современата физика, Александру Прока (1897-1955) осмислил релативистички равенки за квантното поле наречени по него (Прокини равенки) кои важат за масивни векторски мезони со спин 1. Во поново време некои теретичари како Жан Пјер Вижје и Бо Ленерт ја примениле Прокината равенка во обид да ја покажат фотонската маса^[9] како надолжна елетромагнетна составница на Максвеловите равенки, предлагајќи дека надолжните електромагнетни бранови можат да постојат во Дираков поларизиран вакуум. Меѓутоа, речиси сите физичари не веруваат во фотонската маса во мирување, и истата не е во склад со стандардниот модел на физиката.

Поврзано

Наводи

↑ Weisstein, Eric W., "P-Wave". Eric Weisstein's World of Science.
↑ Watzke, Megan; Porter, Molly; Mohon, Lee (4 мај 2022). „New NASA Black Hole Sonifications with a Remix“. NASA. Посетено на 11 мај 2022.
↑ Overbye, Dennis (7 мај 2022). „Hear the Weird Sounds of a Black Hole Singing - As part of an effort to "sonify" the cosmos, researchers have converted the pressure waves from a black hole into an audible … something“. The New York Times. Посетено на 11 мај 2022.
↑ ^4,0 ^4,1 David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, ISBN 0-13-805326-X
↑ John D. Jackson, Classical Electrodynamics, ISBN 0-471-30932-X.
↑ Gerald E. Marsh (1996), Force-free Magnetic Fields, World Scientific, ISBN 981-02-2497-4
↑ Heaviside, Oliver, "Electromagnetic theory". Appendices: D. On compressional electric or magnetic waves. Chelsea Pub Co; 3rd edition (1971) 082840237X
↑ Corum, K. L., and J. F. Corum, "The Zenneck surface wave", Nikola Tesla, Lightning Observations, and stationary waves, Appendix II. 1994.
↑ Lakes, Roderic (1998). „Experimental Limits on the Photon Mass and Cosmic Magnetic Vector Potential“. Physical Review Letters. 80 (9): 1826–1829. Bibcode:1998PhRvL..80.1826L. doi:10.1103/PhysRevLett.80.1826.

[1] Weisstein, Eric W., "P-Wave". Eric Weisstein's World of Science.

[NASA-20220504-2] Watzke, Megan; Porter, Molly; Mohon, Lee (4 мај 2022). „New NASA Black Hole Sonifications with a Remix“. NASA. Посетено на 11 мај 2022.

[NYT-20220507-3] Overbye, Dennis (7 мај 2022). „Hear the Weird Sounds of a Black Hole Singing - As part of an effort to "sonify" the cosmos, researchers have converted the pressure waves from a black hole into an audible … something“. The New York Times. Посетено на 11 мај 2022.

[griffiths-4] 4,0 ^4,1 David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, ISBN 0-13-805326-X

[5] John D. Jackson, Classical Electrodynamics, ISBN 0-471-30932-X.

[6] Gerald E. Marsh (1996), Force-free Magnetic Fields, World Scientific, ISBN 981-02-2497-4

[7] Heaviside, Oliver, "Electromagnetic theory". Appendices: D. On compressional electric or magnetic waves. Chelsea Pub Co; 3rd edition (1971) 082840237X

[8] Corum, K. L., and J. F. Corum, "The Zenneck surface wave", Nikola Tesla, Lightning Observations, and stationary waves, Appendix II. 1994.

[9] Lakes, Roderic (1998). „Experimental Limits on the Photon Mass and Cosmic Magnetic Vector Potential“. Physical Review Letters. 80 (9): 1826–1829. Bibcode:1998PhRvL..80.1826L. doi:10.1103/PhysRevLett.80.1826.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]