glados.no/ntnu/21v/tfe4130/lectures/2021-01-12/2021-01-12.md

74 lines
2.0 KiB
Markdown
Raw Blame History

This file contains invisible Unicode characters!

This file contains invisible Unicode characters that may be processed differently from what appears below. If your use case is intentional and legitimate, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal hidden characters.

---
title: "TFE4130 - 1D Bølger"
description: "2021-01-12"
math: true
---
## Hva er bølger?
Bevegelse av partikler i et medium.
Dispersive gjør at signalet kan endre seg over tid og strekning.
Bølgehastigheten er avhengig av frekvensen.
Ikke-dispersive betyr at bølgen beveger seg med samme hastighet hele tiden, og vil derfor være lik ved alle distanser.
Bølger kan inteferere.
Kurset handler mest om EM-bølger, men mekaniske bølger er enklere.
Det er da kun trykk som beskriver en bølge, mot en vektor med flere komponenter i EM-bølger.
Velocity potential:
$$WIP$$
Velocities at depth:
$$WIP$$
Dispersjonsrelasjonen i havbølger
$$ \omega^2 = gk \tanh kd $$
Der $g$ er tyngdeakserelasjonen, $k$ er bølgetallet og $d$ er dybden.
### Forskjellige typer bølger
Longitudinale: Langsgående bølger.
Transversale: Bølger som beveger seg normalt på propageringsretningen.
### Matematisk
Bølgene er løsningen på bølgelikningen i forskjellige dimensjoner.
$$ \ddot{u} = \frac{\partial^2 u}{\partial t^2} = c^2 \nabla^2 u $$
Denne løses som en partiell differensiallikning.
En ikke-dispersiv hamonisk bølge er definert:
$$ p(x, t) = \hat{p} \sin(\omega t - kx) $$
Der $\omega = 2\pi f$ er frekvensen, $k = \tfrac{\omega}{c}$ er bølgekonstanten, $c$ er propageringshastigheten og $\hat{p}$ er bølgeamplituden.
## Lydbølger
Lydbølger er endringer i lydtrykket rundt standardtrykket/det statiske trykket.
$$ \underbrace{P_\text{total}(x,t)}_{\text{Lufttrykk, [Pa]}} = \underbrace{P_\text{atm}}_\text{Statisk trykk} + \underbrace{p(x,t)}_\text{endringer i trykket, lyd} $$
Bølgelikningen for lydbølger:
$$ \frac{\partial^2 p}{\partial x^2} - \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 p}{\partial t^2} $$
## Helmholtz' likning
Spesialtilfelle av bølgelikningen når bølgen er en harmonisk svingning.
$$ p(x,t) = p(x) e^{j\omega t} $$
Den tidsavhengige faktoren kan faktoriseres ut av likningen og vi står igjen med en ODE.
$$ \frac{\partial^2 p(x)}{\partial x^2} + k^2 p(x) = 0 $$