Cel
Zaobserwowanie sposobu rozchodzenia się fali na powierzchni wody
.
Potrzebne przedmioty
 |
- naczynie (najlepiej o dużej średnicy) z wodą
- wykałaczka lub patyczek
- podłużny przedmiot np. linijka
|
Przebieg doświadczenia
- Nalewamy wody do naczynia.
- Na środku naczynia zanurzamy patyczek i obserwujemy powierzchnię.

- Zanurzamy patyczek bliżej krawędzi i obserwujemy powierzchnię.

- Zanurzamy linijkę i obserwujemy powierzchnię.

- Dmuchamy na powierzchnię i obserwujemy.

Obserwacje
W trakcie zanurzania patyczka na powierzchni pojawiają się koncentryczne kręgi rozchodzące się od źródła zaburzenia (patyczka) w kierunku brzegów naczynia. Kiedy fale dochodzą do granicy, odbijają się i przemieszczają w odwrotną stronę, co widać lepiej zanurzając patyczek bliżej brzegu naczynia. Im więcej czasu upływa, tym zaburzenia na powierzchni są mniej wyraźne. Przy zanurzeniu podłużnego przedmiotu fale nie są idealnie okrągłe, a tworzą falę płaską. Przy dmuchnięciu kształt jest mocno nieregularny, a fale przemieszczają się w różnych kierunkach od miejsca dmuchania.
Wnioski
W zależności od rodzaju zaburzenia fale powstające na wodzie mogą przyjmować różne kształty. Zaburzenia punktowe powodują powstanie fali kolistej, natomiast zaburzenia liniowe - fali płaskiej. Wynika to z faktu, iż każdy pojedynczy punkt zaburzenia jest źródłem fali kolistej, które w wyniku nałożenia się na siebie (interferencji) stanowią falę płaską. Wprowadzenie zaburzenia nieregularnego powoduje powstanie szeregu fal rozchodzących się w różnych kierunkach.
Wyjaśnienie
Cząsteczki wody przyciągają się wzajemnie, dzięki oddziaływaniom elektromagnetycznym. Na każdą cząsteczkę wody działają siły spójności, które w całej objętości cieczy się równoważą, jednak na powierzchni siła wypadkowa skierowana jest prostopadle do granicy ciecz-ciało stałe, ciecz-gaz lub ciecz-ciecz i nazywa się ją siłą napięcia powierzchniowego. Na granicy pomiędzy dwoma ośrodkami, np. ciecz - próżnia, ciecz- gaz lub ciecz - ciecz tworzy się tzw. powierzchnia swobodna cieczy. W zależności od działających sił może ona przyjmować różne kształty. Jej przykładem może być powierzchnia kropli, powierzchnia morza/jeziora, powierzchnia wody w szklance.
Pod wpływem oddziaływania dodatkowej siły zewnętrznej powierzchnia swobodna może zostać zaburzona np. poprzez: podmuch wiatru, wpadnięcie szyszki do jeziora, przepłynięcie łodzi czy podwodne trzęsienie ziemi. Na skutek takich zdarzeń cząsteczki cieczy zaczynają poruszać się w miejscu, ale nie są przemieszczane. Dochodzi tylko do transportu energii i pędu wygenerowanych podczas zakłócenia, jednak nie masy. Jeśli cząsteczki poruszają się prostopadle do kierunku przemieszczania się zaburzenia, to taką falę nazywamy poprzeczną. Jeśli natomiast kierunek ruchu cząstek jest zgodny z kierunkiem przemieszczania się zaburzenia, to mamy do czynienia z falą podłużną. Na powierzchni morza cząsteczki wody często poruszają się również po niewielkich okręgach.
Drgania cząstek i ich oscylacje wokół położenia równowagi na powierzchni widoczne są w postaci fali rozchodzącej się we wszystkich kierunkach od źródła zaburzenia. Ze względu na stopniową utratę energii spowodowaną siłami tarcia, im dalej od źródła zaburzenia i wraz z upływem czasu, tym mniej będą się wychylać cząsteczki z położenia równowagi, a fala będzie powoli zanikać. W zależności od kształtu źródła zaburzenia (punktowe, liniowe) kształt rozchodzącej się fali będzie różny.
Dla ciekawych
Jerzy Dera,
Fizyka Morza, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003, ISBN: 83-01-14020-8