Бранови појави
Примери за браново движење има насекаде околу нас. Ако во мирна вода фрлиме камен, областа која непосредно е допрена од каменот почнува да осцилира, а потоа осцилирањето се шири создавајќи бранови по површината на водата. Звукот, исто така, е еден вид браново движење. Приемот на звукот и сликата во радиото и телевизиските приемници се остварува со електромагнетните бранови. Електромагнетни бранови се и светлинските, рендгенските зраци и γ- зраците. Во зависност од природата на брановиот процес и средината низ која се пренесуваат постојат: механички, електромагнетни и квантномеханички бранови.
Што е бран? Како се создава брановото движење? Одговорите се различни за различни видови бранови.
Наједноставен пример за да покажеме браново движење е ако земеме едно долго јаже или гумено црево и со рака го придвижуваме горе-долу.
Кога во една материјална средина (тврда, течна или гасовита ) се најде извор на осцилации (тоа е и извор на бранот) меѓу изворот и честичките на материјалната средина се јавуваат еластични сили на заемно дејство. Под нивно влијание честичките од средината се присилени да осцилираат со честота еднаква на честотата на изворот на бранот. Се разбира, најнапред ќе почнат да осцилираат оние честички од средината кои се во непосреден контакт со изворот на бранот, а подалечните честички доцнат во фаза од претходните и од изворот на бранот.
Процесот на ширење на осцилациите во просторот со текот на времето се вика бранов процес, браново движење или бран.
При брановиот процес честичките на еластичната средина осцилираат околу рамнотежната положба, а од една на друга честица во просторот се пренесува само деформацијата, а со тоа и енергијата од изворот. Во тоа може да се уверите ако на мирна вода каде има една топка или друг лесен предмет фрлите камен. Притоа топката осцилира горе-долу, останувајќи скоро на истото место, без разлика што бранот видно се проширил.
Какви бранови разликуваме и како тие се шират во околината?
Во зависност од тоа како осцилираат честичките на еластичната средина може да бидат:
- попречни (трансверзални) — каде честичките од материјалната средина осцилираат нормално на насоката на ширење на бранот.
- надолжни (логитудинални) — каде честичките на средината осцилираат во правец во кој се шири бранот.
Како пример за надолжен бран е ширењето на звучен бран во воздухот. Ширењето на надолжните бранови е условено од зафатнинската деформација на еластичната средина, па тие се шират во тврди, течни и гасовити средини. Бидејќи ширењето на попречните бранови е последица на посебен вид деформација својствена само за тврдите тела тие се шират само во тврдите средини. Ширењето на попречен бран во еднодимензионална материјална средина графички е илустрирано со низа честички (молекули, атоми).
Нека во моментот t = 0, бранот што се шири од лево на десно дошол до честица 1. Таа почнува транслаторно осцилаторно движење повлекувајќи ја и честичката 2. Кога честичката 1 ја достигнува максималната оддалеченост од рамнотежната положба (t = T / 4), бранот се проширил до честичката 3. За време на t = T / 2, честичката 1 повторно е во рамнотежна положба, додека честичката 3 повлекувајќи ја и честичката 4 ја достигнува максималната елонгација. За тоа време бранот се проширил до честичката 5 која сè уште е во рамнотежната положба. Овај процес продолжува, така што за време t = 3T/4 првата честица е во максимална оддалеченост од рамнотежата но во спротивна насока од првата, а бранот се проширил до 7 честица. За t = Т првата честица ќе направи една полна осцилација, а за тоа време осцилирањето на честичките се проширило сè до честичката 9. Таа го започнува осцилирањето во исто време кога и честичката 1 го започнува вториот период, т.е. честичката 9 осцилира со временско задоцнување од t = T. Тие две честички осцилираат во фаза, т.е. синхроно (меѓу нив постои фазна разлика 2π).
Патот што го изминува деформацијата во еластичната средина за време од еден период на осцилирање на изворот (првата честица) е бранова должина. Обично таа се бележи со λ .
Постепено формирање на надолжен бран од повеќе честички може да се објасни аналогно како и формирањето на попречен бран. И во случај на осцилирањето на првата честичка се пренесува на втората, а преку неа на третата итн. При осцилирањето се менуваат само меѓусебните растојанија. Таквиот бран во средината предизвикува периодични промени на густина (згуснување и разредувања), кои се движат во насока на ширење на бранот.
Дел од просторот во кој сите честички се вклучени во осцилаторниот процес се вика браново поле. Границата која ги одделува честичките од оние што сè уште не почнале да осцилираат. се вика бранова предница (лат. frontalis - чело.)
Бранова површина уреди
Бранова површина е геометриско место на точки, кои во текот на брановиот процес осцилираат со еднакви фази. Брановата површина може да има произволна форма, но во најпрост случај таа може да биде рамна, сферна или цилиндрична. Според тоа, во неограничена хомогена и изотропна средина, каде брзината на ширење во сите насоки е иста, бранот се шири по концентрична површина чиј центар е во изворот на бранот.
Таквите бранови се сферни бранови, а брановата предница е сферна површина. Димензиите на изворот на таков бран се мали па може да се смета дека изворот на ваков бранот е точкест.
Ако брановите површини се рамнини нормални на насоката на ширење на бранот, тоа е рамен бран. Рамен бран на површина на водата може да се добие при треперење на линија со димензии значително поголеми од брановата должина на бранот.
Брановите можат да бидат : просторни, површински и еднодимензионални(линиски)
Ако осцилациите на изворот се пренесуваат по еден однапред утврден правец, во тој случај станува збор за простирање на линиските бранови. Такви бранови се шират, на пример, по должината на права (жица, прачка, јаже). За поедноставно прикажување и опишување на брановите се воведува поимот зрак. Зрак е линија чија тангента во секоја точка се поклопува со насоката на ширење на бранот. Во хомогена средина зраците се прави нормални на брановата предница. Насоката на зраците е определена од насоката на ширење на бранот.